Gracias al telescopio Hubble, y varios factores, un grupo de astrónomos ha descubierto Ícaro, la estrella más distante observada hasta la fecha. Nunca antes se había visto una estrella, en fase normal, que estuviese a tanta distancia de la Tierra…

El brillo de las galaxias y las estrellas

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Esta secuencia de imágenes muestra a Ícaro, la estrella más distante observada.
Crédito: NASA, ESA, and P. Kelly, University of Minnesota

Lo cierto es que hay que decir que el descubrimiento de esta estrella ha sido fruto de una coincidencia. Los astrónomos estudian galaxias lejanas constantemente. No es demasiado complicado porque, a fin de cuentas, brillan con toda la fuerza de los miles de millones de estrellas que las componen. En el caso de la Vía Láctea, por ejemplo, calculamos que nuestra galaxia tiene unos 200.000 millones de estrellas.

Andrómeda, la galaxia más cercana, por su parte, podría tener hasta un billón de estrellas. En el universo más distante esa misma norma se mantiene. El brillo combinado de todas sus estrellas es lo que las hace visibles. Solo una supernova es, generalmente, visible a distancias tan grandes. Porque, a fin de cuentas, al explotar pueden ser incluso más brillantes que toda la galaxia en la que se encuentran, volviéndose visibles en todo el universo.

Las estrellas individuales, sin embargo, son mucho más complicadas de ver. Más allá de unos 100 millones de años-luz de distancia, es imposible distinguir las estrellas que componen individualmente una galaxia. Ícaro es, por eso, un descubrimiento sorprende. Porque no se encuentra a 100 millones de años-luz. Ni a 1.000 millones. Está a nada más y nada menos que 9.000 millones de años-luz de nuestro planeta.

El descubrimiento de Ícaro es fruto, en parte, de una coincidencia

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El cúmulo de galaxias MACS J1149+2223, localizado a unos 5.000 millones de años-luz de la Vía Láctea.
Crédito: NASA, ESA, S. Rodney; T. Treu, P. Kelly; J. Lotz, M. Postman y Z. Levay.

Pero, ¿cómo es posible haber visto una estrella individual que está muchísimo más lejos que el límite para verlas individualmente? La respuesta está en una coincidencia cósmica y en una técnica que se utiliza habitualmente para ver objetos muy distantes. Se trata de la lente gravitatoria. El funcionamiento es bastante simple. Cuando la luz pasa cerca de un cúmulo masivo de galaxias, se curva en su camino hacia la Tierra.

Es como utilizar una gigantesca lupa cósmica. Nos permite ver el universo distante con mucho más detalle. Además, hace que los objetos más lejanos, y tenues, se vuelvan visibles. Pero la lente gravitacional por sí misma no sería capaz de hacer visible a Ícaro. Generalmente, el efecto de la lente gravitatoria aumenta el brillo de un objeto más distante y tenue en unas 50 veces. En el caso de Ícaro, sin embargo, ese aumento era de más de 2.000 veces.

El motivo es sencillo. Además del efecto del cúmulo de galaxias, hubo que sumar la amplificación producida por un objeto adicional. Una estrella, de una masa similar al Sol, localizada en el cúmulo y que actuó como una especie de segunda lupa temporal, provocando ese aumento espectacular. El descubrimiento de Ícaro ha sido posible gracias al análisis de imágenes del telescopio Hubble tomadas en abril de 2016 y 2017.

El desarrollo de la lente gravitatoria

Ícaro, que en realidad tiene como nombre formal MACS J1149 Lensed Star 1 (LS1), permite a los astrónomos comprender que la lente gravitatoria se puede utilizar para estudiar estrellas individuales en galaxias que se formaron en las primeras etapas del universo. El cúmulo de galaxias que actúa como lente, en este caso, es MACS J1149+2223. Tiene un tamaño de varios cientos de millones de años-luz.

MACS J1149+2223 fue descubierto en 2007 y ha sido utilizado en varias ocasiones como lente. En 2014, recibió mucha atención porque se detectó una supernova cerca del cúmulo. Un estudio detenido reveló que, en realidad, la supernova estaba mucho más lejos. Procedía de una galaxia a más de 9.000 millones de años-luz que, al igual que la luz de Ícaro, había sido curvada por el cúmulo en su camino hacia la Tierra.

Siguieron observando el cúmulo durante unos meses y es así como llegamos a abril de 2016 y la primera detección de Ícaro. Junto a aquella supernova, ahora había también un pequeño punto de luz. Había varias posibilidades para ese punto de luz. Podía ser otra supernova. O bien una imagen retrasada (porque su luz hiciese un recorrido más largo) de la supernova que ya habían visto. O algún objeto variable.

Ícaro, una estrella estable

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La estrella Rigel, una supergigante azul.
Crédito: Wikimedia Commons/Haktarfone

Pero en su lugar, lo que vieron fue que las propiedades de ese nuevo punto de luz encajaban perfectamente con una estrella. Concretamente, parece que Ícaro podría ser una supergigante azul. Una estrella de tipo B, mucho más masiva, luminosa y caliente que el Sol. Las supergigantes azules son estrellas que están llegando al final de su vida. Se han quedado sin hidrógeno en su núcleo y han entrado en la siguiente fase de su evolución.

Dos de las estrellas más brillantes que podemos observar en el cielo de la Tierra son, de hecho, supergigantes azules: Rigel y Deneb. Aunque pueden ser hasta 10.000 veces más brillantes que el Sol, una supergigante azul a 9.000 millones de años-luz sería demasiado tenue para verla. La lente gravitatoria es la que nos permite observarla. Al margen de esto, hay que destacar que todavía hay algunas dudas respecto a Ícaro.

Es posible que no sea una única estrella, sino un sistema binario de dos supergigantes azules. Algo que explicaría que, en mayo de 2017, se detectasen dos aumentos de brillo bastante rápidos. En cualquier caso, lo que está claro es que la lente gravitatoria está resultando una herramienta con usos que quizá no podíamos imaginar a bote pronto. No hace mucho, una variante de esta misma técnica permitió descubrir exoplanetas lejos de nuestra galaxia.

Poniendo la materia oscura a prueba

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La materia oscura es invisible. Gracias al efecto de lente gravitacional, los astrónomos han podido inferir que hay un anillo de materia oscura en este cúmulo de galaxias (conocido como CL0024+17) que está representado en color azul.
Crédito: NASA/ESA

El descubrimiento de Ícaro también ha permitido poner a prueba una de las hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura. Como quizá sepas, la materia oscura es un material que supone alrededor del 25% de la masa del universo, siendo el 70% energía oscura y el 5% restante la materia normal que podemos ver a nuestro alrededor.  Hay muchas hipótesis sobre qué es realmente la materia oscura.

Observando lo que hay en el supercúmulo de galaxias, es posible poner a prueba una de esas hipótesis. Concretamente, una que indica que la materia oscura podría estar compuesta, principalmente, de un enorme número de agujeros negros primitivos. Se habrían formado en el nacimiento del universo y tendrían decenas de veces la masa del Sol. Sin embargo, la prueba no parece dar fuerza a esta hipótesis.

Es más bien al contrario. Porque la variación de la luz de Ícaro, que ha sido observada durante mucho tiempo con el telescopio Hubble (aunque no se supiera su existencia hasta ahora), habría sido muy diferente. Con un enjambre de agujeros negros en medio, Ícaro habría tenido una luz mucho más variable. Eso nos deja donde estábamos. Seguimos sin saber qué es, exactamente, la materia oscura. Aunque podemos intuir su existencia por medios indirectos.

Qué significa todo esto

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Cielo nocturno sobre el Observatorio Paranal, en 2007.
Crédito: ESO/Y. Beletsky

El descubrimiento de Ícaro es muy interesante en muchos sentidos. Tanto si trabajas en la astronomía como si no es el caso. A fin de cuentas, cuando observas las estrellas en el firmamento estás viendo objetos locales. La mayoría de estrellas que podemos ver están apenas a, como mucho, cientos de años-luz de distancia. Es decir, estamos viendo nuestro vecindario en la Vía Láctea, salvo por algunas excepciones.

Rigel y Deneb son algunas de las estrellas que están a más de 1.000 años-luz. Hay otros objetos, como la Galaxia de Andrómeda, que podemos ver a simple vista pese a estar a 2,5 millones de años-luz. Es, ciertamente, bonito e interesante cuando lo que quieres es observar el firmamento. Pero Ícaro nos abre una ventana que resulta muy interesante. Hasta ahora solo se han podido estudiar estrellas individuales que, en términos cósmicos, están cerca, a menos de 100 millones de años-luz.

Utilizando la técnica de lente gravitatoria de esta manera, no cabe duda de que los astrónomos detectarán otras estrellas, a miles de millones de años-luz de distancia, que no podíamos ni imaginar que sería posible estudiar en detalle. Todas ellas servirán para que podamos comprender mejor cómo eran las estrellas en las primeras etapas del universo, y cómo evolucionaron. Queda mucho por aprender…

El estudio es P. L. Kelly, J. M. Diego, S. Rodney et al; «Extreme magnification of a star at redshift 1.5 by a galaxy-cluster lens». Publicado en la revista Nature Astronomy el 2 de abril de 2018. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: NASA, Phys, Bad Astronomy