El gran avance en el estudio de las supernovas con el JWST

El cúmulo de Pandora, observado por el telescopio James Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, et al.

El telescopio James Webb ha permitido un gran avance en el estudio de las supernovas. Su capacidad de observación ha permitido detectar supernovas en la infancia del universo. Algo que ofrece una oportunidad única para entender cómo han evolucionado desde entonces…

El JWST también permite que se avance en el estudio de supernovas

El telescopio James Webb (JWST) está siendo una pieza clave en el estudio de las supernovas en la infancia del universo. Los datos del telescopio han permitido identificar diez veces más supernovas, en esa época, de lo que se conocía hasta ahora. Algunas son los ejemplos más lejanos de sus respectivos tipos. Entre ellas están las supernovas de tipo Ia, que permiten medir la velocidad de expansión del universo. Lo más interesante es la mezcla de la cantidad de detecciones y las distancias a esas explosiones que ha recogido el observatorio espacial.

Algunas de las galaxias más lejanas observadas por el telescopio James Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Para poder encontrar estos fenómenos, un equipo de investigadores ha analizado las imágenes obtenidas como parte del programa JADES. El nombre se debe a las siglas de JWST Advanced Deep Extragalactic Survey. El telescopio JWST es ideal para encontrar supernovas extremadamente lejanas. Su luz, al viajar hasta nosotros, se ha visto estirada hacia longitudes de onda más largas (al infrarrojo). A este fenómeno se le llama desplazamiento al rojo cosmológico. Hasta su llegada, solo se conocía un puñado de supernovas con un desplazamiento al rojo superior a dos.

Ese desplazamiento al rojo de 2 (que se representa como z=2) se corresponde con, aproximadamente, cuando el universo tenía 3300 millones de años. Es decir, alrededor de la cuarta parte de su edad actual, (13800 millones de años). El catálogo JADES contiene muchas supernovas que tuvieron lugar incluso a una distancia superior. Algunas sucedieron cuando el universo tenía menos de 2000 millones de años. Hasta la llegada del JWST se utilizaba el telescopio Hubble para estas observaciones. Es capaz de captar supernovas de una etapa algo más reciente del universo…

Las diferencias en las supernovas a distancias tan grandes

Si lo comparásemos con la vida de un ser humano, el telescopio Hubble vería supernovas de la época tras la adolescencia. El catálogo de JADES, por su parte, contiene supernovas que se corresponderían con la época de la adolescencia o la preadolescencia. Siguiendo con este símil, los investigadores explican que en el futuro esperan poder ver supernovas que se correspondan con la fase de Infante o bebé del universo. Para descubrir estas explosiones, los investigadores han comparado diferentes imágenes tomadas con un año de diferencia.

Buscaron objetos que estuviesen presentes en una imagen, pero no en la otra. A este tipo de objetos que varían en brillo a lo largo del tiempo, se les conoce como objetos o fenómenos transitorios. Las supernovas pertenecen a esta definición. En todo el catálogo, los investigadores descubrieron alrededor de ochenta supernovas. Todas localizadas en una región del cielo diminuta. Apenas del tamaño de un grano de arroz sostenido a la distancia de nuestro brazo extendido. Algo muy útil para entender el aspecto de fenómenos transitorios en la infancia del universo.

El gran objetivo es entender si esas supernovas tan lejanas son diferentes a las que podemos ver en el universo cercano. En primer lugar, ha sido necesario entender cuáles eran realmente supernovas y cuáles eran otro tipo de fenómenos transitorios. De esta manera, han encontrado varias con un desplazamiento al rojo muy alto. Entre ellas, la más lejana confirmada por medio de la espectroscopia (por el estudio de su luz). Está en un desplazamiento al rojo de 3,6. Es decir, la estrella que la provocó explotó cuando el universo tenía 1800 millones de años.

El avance en el estudio de supernovas lejanas muestra fenómenos familiares

Esta supernova en particular es, podríamos decir, clásica. Fue producto del colapso del núcleo de una estrella masiva. Sin embargo, las más interesantes son las de tipo Ia. Se producen cuando una enana blanca le roba material a una estrella compañera. Por lo que se produce siempre al llegar a una masa determinada. De forma que se puede determinar cuál será su brillo máximo. Esto permite calcular a qué distancia se encuentra de nosotros al analizarla. Los investigadores han encontrado una supernova de este tipo en un desplazamiento al rojo de 2,9.

Concepto artístico de la explosión de una supernova. Crédito: European Southern Observatory/M. Kornmesser

Sucedió cuando el universo tenía unos 2300 millones de años. El récord anterior estaba en un desplazamiento al rojo de 1,95 (unos 3400 millones de años). El estudio de estas supernovas lejanas permite determinar si tienen el mismo brillo intrínseco sin importar la distancia a la que se encuentren. Algo muy importante porque, si su brillo variase con el desplazamiento al rojo, no serían una herramienta fiable para medir el ritmo de la expansión del universo. Las buenas noticias son que el estudio no aprecia diferencia alguna en ese brillo intrínseco.

La parte más atractiva, probablemente, será el estudio de las supernovas provocadas por estrellas con una metalicidad (abundancia de elementos más allá del hidrógeno y el helio) muy inferior a la del Sol. La comparación de estas supernovas con las que tienen lugar en nuestro entorno ayudará a comprender mejor la formación de estrellas y el mecanismo de explosión de supernovas en la infancia del universo. Es algo que resulta muy atractivo. Permitirá entender si las supernovas han evolucionado de alguna manera desde el pasado del universo hasta el presente…

Estudio

El estudio ha sido presentado en la 244ª reunión de la American Astronomical Society y no estaba disponible para su consulta en el momento de publicación de este artículo.

Referencias: Space Telescope Science Institute

Alex Riveiro: Divulgador científico. Autor de "Hacia las estrellas: una breve guía del universo", "Más allá de las estrellas: ¿estamos solos en el universo?" y la saga de ciencia ficción "Ecos de un futuro distante". Colaborador en eltiempo.es y Otros Mundos. También en Twitter, YouTube, Twitch e iVoox.
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