16 de Septiembre de 2022
Astrofísica

Retorno a Earendel

El telescopio espacial James Webb obtiene imágenes directas del objeto Earendel, las cuales refuerzan su interpretación como la estrella más lejana jamás observada.

Imagen del telescopio James Webb donde puede distinguirse el objeto Earendel (como un punto situado sobre un arco de color rojizo, en la parte derecha de la imagen), que parece ser la estrella más distante jamás observada. [NASA/ESA/CSA/STScI]

En marzo de 2022, se anunció que el telescopio espacial Hubble había vislumbrado un objeto que podía ser la estrella más lejana nunca vista. A esa fuente de luz, bautizada por el equipo descubridor como Earendel, le ha correspondido el honor de protagonizar una de las primeras observaciones del nuevo telescopio espacial James Webb (JWST). Gracias a algo más de cuatro horas y media de toma de datos en julio de 2022, se ha avanzado hacia la confirmación de que, en efecto, Earendel parece ser lo que se esperaba: una estrella joven, masiva y muy muy lejana. Las observaciones espectroscópicas profundizarán en su estudio dentro de unos meses.

La evolución química del universo fue uno de los grandes descubrimientos de la astrofísica del siglo XX. Las estrellas funcionan como factorías que, a partir de hidrógeno y helio, producen elementos químicos pesados mediante reacciones de fusión nuclear. Entre esos elementos pesados se incluyen todos los que son relevantes para la vida, una parte de los cuales son expulsados al espacio cuando se extinguen las estrellas. Así, el medio interestelar se enriquece en sustancias que no son hidrógeno ni helio, llamadas «metales» en la jerga astrofísica. Las estrellas denominadas de población I representan generaciones recientes de astros, formados a partir de nebulosas ya enriquecidas en estos elementos. También se conocen estrellas más primitivas, llamadas de población II, mucho más pobres en metales. Pero debió existir una primera generación de estrellas constituidas tan solo por hidrógeno y helio, sin otros elementos: la mítica población III, aún no detectada.

En nuestra galaxia deben de existir estrellas de la población III, aunque al cabo de tanto tiempo ya solo sobrevivirán sus miembros más ligeros, fríos, rojizos y tenues, lo que las hace muy difíciles de detectar. Tanto, que aún no se conoce ninguna, a pesar de que se buscan con interés. Esas primeras estrellas ligeras contaron con compañeras muy masivas, ya desaparecidas. De hecho, los modelos apuntan a que un gas compuesto solo de hidrógeno y helio debería engendrar auténticos monstruos estelares, descomunales por su masa e intensidad de radiación, y por la potencia de las explosiones de hipernova que habrían puesto fin a su existencia. No hay ninguna posibilidad de encontrar estrellas masivas de población III en la galaxia: si las queremos estudiar, debemos buscarlas muy lejos, en imágenes que nos muestren el universo tal y como era en su pasado remoto, cuando aún brillaban tales astros. Justo este tipo de observación es la que nos promete el hallazgo de la estrella Earendel.

Composición en color del campo de visión que contiene, entre otras muchas fuentes, el objeto bautizado como Earendel, visible gracias al efecto de lente gravitatoria causado por el cúmulo de galaxias WHL0137. Un recuadro (<em>abajo a la derecha</em>) marca el trozo de la imagen en el que se detecta la fuente en cuestión. El mismo recuadro se superpone ampliado y con el contraste invertido arriba a la izquierda. [Elaborado a partir de la imagen original de NASA, ESA, CSA y STScI]

Earendel parece ser un astro masivo que se observa tal y como era cuando el universo tenía tan solo unos mil millones de años, frente a los más de trece mil millones actuales. Los datos preliminares del Hubble apuntaban a que Earendel podía ser una estrella, aunque no permitían descartar por completo que consistiera en un cúmulo estelar o, incluso, en una galaxia compacta. Ahora, gracias al JWST, el mismo equipo de investigación que encontró Earendel ha dado un paso más hacia el esclarecimiento de su naturaleza estelar.

Este objeto tan remoto es visible gracias a que su luz llega a la Tierra amplificada centenares de veces por un efecto de lente gravitatoria. La estrella en cuestión es un objeto de fondo que vemos intensificado porque su luz se curva en el campo gravitatorio del cúmulo de galaxias WHL0137. Es de esperar que otras lentes gravitatorias permitan más estudios del universo ultraprofundo durante el tiempo en que el JWST continúe operativo.

Las nuevas observaciones han sido de carácter fotométrico y astrométrico, lo que significa que se ha estudiado el aspecto de la fuente luminosa en fotografías «normales», llamadas imágenes directas, a través de ocho filtros infrarrojos. La fotometría, o sea, la medida de la intensidad, ha confirmado que los datos son compatibles con un objeto de tipo estelar con un desplazamiento al rojo (z) de 6,2, que sería el más elevado jamás registrado para una estrella. Pero esta medida del desplazamiento al rojo no mejora la brindada por el telescopio Hubble. Sin embargo, el nuevo estudio aprovecha una prestación en la que el JWST supera ampliamente a su precursor: la resolución espacial. La mayor abertura del JWST le otorga la capacidad de detectar detalles mucho más finos, y el análisis astrométrico de los perfiles de las fuentes indica que, en efecto, Earendel ofrece el aspecto que cabría esperar para un emisor puntual, es decir, para una estrella.

Esa confirmación justifica dar el paso siguiente, que consistirá en obtener espectros de este astro tan prometedor. Solo así se podrá dilucidar si se trata de una estrella aislada o de un objeto múltiple (los datos actuales no permiten distinguir entre esas posibilidades) y aportarán, por primera vez, información sobre las propiedades físicas de una estrella masiva de la población III: al fin accederemos a conocimientos observacionales sobre los monstruos estelares masivos que rompieron la oscuridad del cosmos cuando este era aún muy joven.

El JWST dispone de instrumentación capaz de obtener espectros muy valiosos y el equipo de investigación, que cuenta con una destacada participación española, acometerá esa tarea en los próximos meses. Se abre así la era de la observación de una categoría completa de astros que nunca se había estudiado, salvo a través de modelos teóricos. La ciencia de la población III será una de las novedades que nos traerán tanto el JWST como, sin lugar a dudas, la nueva generación de telescopios extremadamente grandes, situados en el suelo, que se encuentran ya en fase de construcción o diseño.

David Galadí-Enríquez

Referencia: «JWST imaging of Earendel, the extremely magnified star at redshift z = 6.2», Brian Welch et al. en arXiv:2208.09007 [astro-ph.GA], 18 de agosto de 2022.

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