Hallazgo histórico del Hubble: descubierta la estrella más antigua y lejana del universo

Casi 32 años después de su lanzamiento, el famoso telescopio espacial Hubble revela hoy una de sus grandes contribuciones a la ciencia y a nuestra comprensión del cosmos. La revista 'Nature' publica un artículo sobre el descubrimiento de la estrella más lejana y más antigua conocida hasta la fecha: la han llamado Earendel, palabra del inglés antiguo que significa 'estrella de la mañana' o 'luz naciente' y pertenece a una edad muy temprana: tan solo 900 millones de años después del 'big bang'. Más allá de los récords, los astrónomos están emocionados por haber detectado un objeto de la edad oscura del universo, de la que apenas tenemos detalles, y que puede contribuir a resolver otros misterios, como la materia oscura.

Los astrónomos nunca soñaron con que el viejo telescopio operado por la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) pudiera ofrecer un resultado tan espectacular, que ha sido posible gracias a la casualidad: entre la vieja estrella y nosotros se interpone un cúmulo de galaxias que actúa como lente y amplifica ese objeto ubicado a 12.000 millones de años luz. Es lo que se conoce como “efecto lente gravitatoria”, y un grupo de científicos españoles ha tenido un papel decisivo para interpretarlo correctamente. “No esperábamos encontrar una estrella a esta distancia con la tecnología actual, ni con el Hubble ni con otros telescopios desde tierra”, admite José María Diego, investigador del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto del CSIC y la Universidad de Cantabria), en declaraciones a Teknautas. ¿Cómo lo han conseguido y por qué es un hallazgo tan importante?

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“No es solo el hecho de descubrir la estrella más lejana, sino la posibilidad de responder a preguntas científicas que están en el aire”, explica. Si el universo fuera una persona de 80 años, la estrella que se ha encontrado no tendría más de cinco y de esa época, cuando se estaban creando las primeras galaxias, faltan muchísimos datos. En particular se desconoce de dónde venía la luz que 'calentó' o reionizó el universo. “Sabemos que sucedió en torno a esa época, pero no sabemos muy bien cómo. Se piensa que una de las responsables pueden ser las estrellas masivas y brillantes, y esta podría ser una de ellas”, añade. Según calculan, Earendel tendría 50 veces la masa de nuestro Sol y una temperatura unas tres veces superior.

Hasta hace poco, todas las estrellas que se conocían estaban muy cerca, lo que los astrónomos llaman nuestro 'vecindario cósmico', pero ya en 2018 se encontró una estrella diferente: el telescopio Hubble halló Ícaro, que estaba 200 veces más lejos que el cúmulo de Virgo, donde se localizaban las que marcaban el récord hasta ese momento. José María Diego ya formó parte del equipo internacional que publicó aquella investigación en 'Nature Astronomy' y, más recientemente, ha identificado otra estrella gigantesca y luminosa, bautizada como Godzilla. Por eso, su contribución era indispensable para entender este trabajo que sitúa a Earendel al triple de distancia que Ícaro. Los primeros autores del artículo, Brian Welch y Dan Coe, de la Universidad Johns Hopkins (EEUU), se pusieron en contacto con el científico del IFCA para interpretar la información que enviaba el Hubble. “No entendían lo que estaban viendo, pero para nosotros estaba claro”, afirma.

La clave está en que el investigador español y su equipo son expertos en el efecto lente gravitatoria, sin el que no se podría explicar este hallazgo. De hecho, apenas se conocen galaxias que estén a esa distancia. Entonces, ¿cómo es posible identificar una estrella concreta si habitualmente no logramos captar la luz de galaxias compuestas por millones de ellas? Como predijo Albert Einstein, ante un objeto muy masivo, el espacio se curva a su alrededor y el tiempo va más despacio. Esa curvatura del espacio hace que cualquier rayo de luz también se curve. Es algo parecido a lo que sucede con una lente normal, como la de unos prismáticos o la de un microscopio, que amplifica imágenes concentrando la luz.

En este caso, esa 'lente gravitatoria' es un cúmulo de galaxias (una concentración de cientos de galaxias con una masa 10.000 veces superior a la de la Vía Láctea). “Es una cantidad de materia muy grande que consigue curvar el espacio a su alrededor”, explica el experto. La suerte que han tenido los científicos es que la estrella está justo por detrás, así que tenemos un objeto muy lejano, una enorme lente a mitad de camino y el Hubble captando esa imagen. “Es como tener un telescopio mucho más potente, porque el cúmulo de galaxias permite ver lo que está detrás muy amplificado”. O, dicho de otra forma, es un “supertelescopio” doble, “uno hecho por los humanos y otro por la naturaleza”.

De hecho, otro récord de esta investigación es que Earendel es el objeto del Universo lejano que se ha captado con una mayor amplificación. En concreto, la vemos 5.000 veces más brillante que si no existiera ese cúmulo de galaxias haciendo de lente en la trayectoria adecuada. Este fenómeno sucede solo en regiones muy pequeñas del cosmos y esta estrella, por simple casualidad, está justo en una de esas zonas. A día de hoy, no hay tecnología como para hallar la estrella que se ha encontrado sin el efecto lente gravitatoria, así que habría sido imposible detectarla.

Una estrella que ya no existe

Para entender la distancia inimaginable que nos separa de Earendel, los astrónomos utilizan una medida denominada redshift (desplazamiento hacia el rojo) y que también bate ampliamente todos los registros en el artículo de 'Nature'. Mientras que las observaciones anteriores de estrellas individuales llegaron a un redshift de 1.5, en esta ocasión alcanza el 6.2. Esta forma de expresar la distancia está basada en que el universo se está expandiendo. A medida que un objeto está más lejos de nosotros, se aleja a una velocidad más alta y se refleja en un cambio en el color de la luz que observamos. Cuanto más rápido se aleja, más baja la frecuencia y esto, en luz, supone un “corrimiento hacia el rojo”. Es decir, que los colores azules (frecuencia alta) dejan paso a los rojos (frecuencia baja o alargamiento de la longitud de onda). “Medir esos desplazamientos hacia el rojo permite saber a qué velocidad se aleja un objeto en el Universo y, si sabes a qué velocidad se aleja, sabes a qué distancia está”, explica José María Diego.

En este sentido, una mayor distancia se corresponde con una etapa más temprana del universo. Como la velocidad de la luz es constante, cuanto más alejado esté un objeto, más tiempo tarda en llegar su imagen hasta nosotros. Así, si tarda un año, está a un año luz de distancia. Por eso, cuando decimos que Earendel está a más de 12.000 millones de años luz de distancia, en realidad, significa que su luz se originó hace más 12.000 millones de años. En definitiva, cuanto más lejos está un objeto en el espacio, más tiempo tarda en llegar su luz hasta la Tierra y más antiguo es.

En este caso, implica que “esa estrella ya no existe”, explica el investigador del CSIC. De hecho, dejó de existir hace muchísimo tiempo. “Las únicas estrellas que podemos ver a través de esta técnica son estrellas muy grandes y las estrellas muy grandes viven muy poco. Cuanto más tamaño tienen, más luz emiten, pero más rápido se consume su combustible y menos tiempo dura”, explica. Este tipo de estrellas tienen una duración de unas pocas decenas de millones de años, lo que “en escala cosmológica no es nada”. Su luz ha viajado por el Universo durante más 12.000 millones de años hasta ser captada por el Hubble, pero probablemente no vivió más de 100 millones.

El telescopio espacial James Webb

Lo mejor es que, aunque ya no exista, puede aportar datos fundamentales en los próximos años, sobre todo gracias al nuevo telescopio espacial James Webb, lanzado el día de Navidad de 2021. Este nuevo instrumento ya tiene un programa especial para la observación de Earendel, aunque no se había dado a conocer hasta ahora porque el hallazgo no se había difundido hasta hoy. La idea es observar cómo varía el flujo de esta estrella, otra de las contribuciones del IFCA. “Una de las predicciones que hacemos es que el brillo de esa estrella no tiene por qué ser constante, sino que puede variar entre un 10% y un 30% en cuestión de días o semanas”, explica el investigador español.

Esas variaciones se deben a perturbaciones del cúmulo de galaxias que sirve de 'lente'. “Estrellas y agujeros negros se mueven constantemente dentro de este cúmulo y, cuando pasan por delante de nuestra observación, nos producen una distorsión”, comenta. En este caso, la variación es más pequeña de lo que se esperaba y los investigadores españoles consiguieron explicar por qué: debido a que la amplificación es muy alta, las interferencias de estrellas y agujeros negros se solapan. Cuando el James Webb apunte hacia Earendel, se podrán estudiar mejor estas cuestiones, pero los científicos esperan encontrar mucho más: “Si tenemos suerte, podremos averiguar algo sobre la materia oscura, porque en ese cúmulo hay agujeros negros primordiales, los que se formaron justo en el 'big bang”, destacan.

Por otra parte, el nuevo telescopio espacial también promete revelar detalles importantes sobre la propia estrella. “Vamos a poder afinar bastante viendo qué distribución de energía tiene para cada longitud de onda. Al comparar con estrellas que tenemos en nuestro vecindario cósmico, podremos ver si lo que observamos es la luz de una estrella joven y masiva o más vieja, con lo cual ya estaría llegando al final de su vida”, afirma José María Diego. Asimismo, hay otra cuestión clave que tiene que ver con su composición. Las primeras estrellas que se formaron solo estaban formadas por hidrógeno y helio, lo que los astrónomos denominan “metalicidad cero”. Cuando esas primeras estrellas explotaban, se forman otros compuestos como carbono, hierro y oxígeno, elementos que comenzaron a abundar en etapas posteriores del universo. Sin embargo, “nunca hemos podido observar esas primeras estrellas, compuestas solo por hidrógeno y helio”. ¿Será esta la oportunidad?

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Pase lo que pase, el descubrimiento publicado por 'Nature' ya ha hecho historia. Sin duda, “es muy impactante, estamos ante uno de los hallazgos más importantes del Hubble”, explica el experto. Curiosamente, la mayor parte de los hallazgos de este telescopio espacial durante más de tres décadas “son cosas que no se pensaban observar con el Hubble y este es un buen ejemplo”. De hecho, nadie habría pensado en encontrar una estrella a esa distancia hasta que hace cuatro años Ícaro rompió todos los esquemas gracias al mismo fenómeno de 'lente gravitatoria' estudiado de forma tan precisa por los científicos españoles.