La estrella más distante jamás observada.

Hubble usa una lente cósmica para descubrir la estrella más distante jamás observada.
Aspecto de la estrella más distante. Este imagen compuesta muestra el descubrimiento de la estrella conocida más distante utilizando el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA. La imagen de la izquierda muestra una parte de la observación de campo profundo del cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 2223 del programa Frontier Fields reunido en 2014. El cuadrado indica la posición donde apareció la estrella en mayo de 2016, su imagen ampliada por microlente gravitacional. Esta parte de la imagen también muestra las cuatro imágenes de la supernova Refsdal, dispuestas en una cruz de Einstein. La imagen superior derecha señala la posición de la estrella, observada en 2011. La imagen inferior derecha muestra dónde se encontraba la estrella en el evento de microlente a finales de mayo de 2016. Crédito: NASA & ESA y P. Kelly (Universidad de California, Berkeley)

Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA han encontrado la estrella más distante jamás descubierta. La estrella azul caliente existió solo 4.400 millones de años después del Big Bang. Este descubrimiento proporciona una nueva percepción de la formación y evolución de las estrellas en el Universo temprano, los constituyentes de los cúmulos de galaxias y también la naturaleza de la materia oscura.

El equipo internacional, dirigido por Patrick Kelly (Universidad de Minnesota, EE. UU.), José Diego (Instituto de Física de Cantabria, España) y Steven Rodney (Universidad de Carolina del Sur, EE. UU.), Descubrieron la estrella distante en el cúmulo de galaxias MACS J1149- 2223 en abril de 2016. Las observaciones con Hubble en realidad se realizaron para detectar y seguir la última aparición de la explosión de supernova gravitacionalmente apodada apodada "Refsdal" (enlace publicación) [1], cuando una fuente puntual inesperada se iluminó en la misma galaxia que albergaba la supernova

"Al igual que la explosión de la supernova Refsdal, la luz de esta estrella distante se magnificó, haciéndola visible para el Hubble", dice Patrick Kelly. "Esta estrella está al menos 100 veces más lejos que la siguiente estrella individual que podemos estudiar, excepto las explosiones de supernova".

La luz observada de la estrella recién descubierta, llamada Lensed Star 1 (LS1) se emitió cuando el Universo tenía solo un 30 por ciento de su edad actual, unos 4.400 millones de años después del Big Bang. La detección de la estrella a través del Hubble solo fue posible porque la luz de la estrella se amplió 2.000 veces.

Cúmulo de galaxias MACS j1149.5 + 223. Esta imagen muestra el gran cúmulo de
galaxias MACS J1149.5 + 223, cuya luz tardó más de 5 mil millones de años
en alcanzarnos. La enorme masa del cúmulo está inclinando la luz desde objetos
más distantes. La luz de estos objetos se ha magnificado y distorsionado
debido a la lente gravitacional. El mismo efecto es crear múltiples imágenes de los
mismos objetos distantes.
Crédito: NASA, ESA, S. Rodney (Universidad John Hopkins, EE. UU.) Y el
equipo de FrontierSN; T. Treu (Universidad de California, Los Ángeles,
EE. UU.), P. Kelly (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.) Y el equipo de
GLASS; J. Lotz (STScI) y el equipo de Frontier Fields; M. Postman (STScI)
y el equipo de CLASH; y Z. Levay (STScI)




"La estrella se volvió lo suficientemente brillante como para ser visible para el Hubble gracias a un proceso llamado lente gravitacional", explica José Diego. La luz de LS1 se magnificó no solo por la enorme masa total del cúmulo de galaxias, sino también por otro objeto compacto de aproximadamente tres veces la masa del Sol dentro del cúmulo de galaxias; un efecto conocido como microlente gravitacional [2].

"El descubrimiento de LS1 nos permite reunir nuevos conocimientos sobre los componentes del cúmulo de galaxias. Sabemos que la microlente fue causada por una estrella, una estrella de neutrones o un agujero negro de masa estelar ", explica Steven Rodney. Por lo tanto, LS1 permite a los astrónomos estudiar estrellas de neutrones y agujeros negros, que de otro modo serían invisibles y pueden calcular cuántos de estos objetos oscuros existen dentro de este cúmulo de galaxias.

Como los cúmulos de galaxias se encuentran entre las estructuras más grandes y masivas del Universo, conocer sus componentes también aumenta nuestro conocimiento sobre la composición del Universo en general. Esto incluye información adicional sobre la misteriosa materia oscura.

"Si la materia oscura está formada al menos parcialmente por agujeros negros comparativamente de baja masa, como se propuso recientemente, deberíamos poder ver esto en la curva de luz de LS1. Nuestras observaciones no favorecen la posibilidad de que una gran fracción de materia oscura esté formada por estos agujeros negros primordiales con aproximadamente 30 veces la masa del Sol ", destaca Kelly.

Esta imagen muestra el gran cúmulo de galaxias MACS J1149.5 + 223, cuya luz
ha tardado más de 5 mil millones de años en alcanzarnos. Se destaca la posición donde
apareció la estrella LS1, su imagen magnificada por un factor 2.000 mediante un
efecto de microlente gravitacional. La galaxia en la que se encuentra la estrella se
puede ver tres veces en el cielo, multiplicada por lentes gravitacionales fuertes.
Crédito: NASA, ESA, S. Rodney (Universidad John Hopkins, EE. UU.) Y el equipo
de FrontierSN; T. Treu (Universidad de California, Los Ángeles, EE. UU.), P. Kelly
(Universidad de California, Berkeley, EE. UU.) Y el equipo de GLASS; J. Lotz (STScI)
y el equipo de Frontier Fields; M. Postman (STScI) y el equipo de CLASH; y Z. Levay (STScI)




Después del descubrimiento, los investigadores usaron Hubble nuevamente para medir un espectro de LS1. Según su análisis, los astrónomos creen que LS1 es una estrella supergigante de tipo B. Estas estrellas son extremadamente luminosas y de color azul, con una temperatura superficial entre 11.000 y 14.000 grados Celsius; haciéndolos más del doble de calientes que el sol.

Pero este no fue el final de la historia. Las observaciones realizadas en octubre de 2016 de repente mostraron una segunda imagen de la estrella. "Realmente nos sorprendió no haber visto esta segunda imagen en observaciones anteriores, ya que también se puede ver dos veces la galaxia en la que se encuentra la estrella", comenta Diego. "Suponemos que la luz de la segunda imagen ha sido desviada por otro objeto en movimiento durante mucho tiempo, básicamente ocultándonos la imagen. Y solo cuando el objeto masivo se movió fuera de la línea de visión, la segunda imagen de la estrella se hizo visible." Esta segunda imagen y el objeto de bloqueo agregan otra pieza del rompecabezas para revelar la composición de los cúmulos de galaxias.

Con más investigaciones y la llegada de nuevos telescopios más potentes como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA, los astrónomos sugieren que con la microlentecia, será posible estudiar la evolución de las primeras estrellas del Universo con mayor detalle que alguna vez esperado.

Notas
[1] Las observaciones de esta supernova, apodada Refsdal en honor del astrónomo noruego Sjur Refsdal, se realizaron como parte del proyecto Hubble Frontier Fields.

[2] Las lentes gravitacionales amplían la luz de objetos de fondo más débiles, lo que permite al Hubble ver objetos que de otro modo no podrían detectar. El proceso fue predicho por primera vez por Albert Einstein y ahora se utiliza para encontrar algunos de los objetos más distantes en el Universo. Por lo general, el objeto de lente es una galaxia o un cúmulo de galaxias, pero en algunos casos también puede ser una estrella o incluso un planeta. Cuando se trata de estos objetos más pequeños, el proceso se llama microlente.

Más información.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.

Los resultados fueron publicados en el documento <<Ampliación extrema de una estrella individual al desplazamiento al rojo 1.5 por una lente de grupo galaxias>> que se publicará en Nature Astronomy, enlace artículo.

El equipo internacional de astrónomos en este estudio consiste en P. Kelly (Universidad de Minnesota, EE. UU.); J. Diego (IFAC, Instituto de Física de Cantabria, España); S. Rodney (Universidad de Carolina del Sur, EE. UU.); N. Kaiser (Instituto de Astronomía, Universidad de Hawai, EE. UU.); T. Broadhurst (Universidad del País Vasco, España e IKERBASQUE de la Fundación Vasca para la Ciencia, España); A. Zitrin (Universidad Ben Gurion del Negev, Israel); T. Treu (Universidad de California, Los Angeles, EE. UU.); P. Pérez-González (Universidad Complutense de Madrid, España); T. Morishita (Universidad de California, Los Ángeles, EE.UU .; Universidad de Tohoku, Japón) M. Jauzac (Universidad de Durham, Universidad de KwaZulu-Natal, Sudáfrica); J. Selsing (Universidad de Copenhague, Dinamarca); M. Oguri (Universidad de Tokio, Japón); L. Pueyo (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, EE. UU.); T. W. Ross (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.); A. V. Filippenko (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.); N. Smith (Universidad de Arizona, EE. UU.); J. Hjorth (Universidad de Copenhague, Dinamarca); S. B. Cenko (Goddard Space Flight Center, EUA; Universidad de Maryland, EE. UU.); Xin Wang (Universidad de California, Los Angeles, EE. UU.); D. A. Howell (Observatorio de Las Cumbres, EE.UU., Universidad de California, Santa Barbara, EE. UU.); J. Richard (Universidad Claude Bernard Lyon 1, Francia); B. L. Frye (Universidad de Arizona, EE. UU.); S. W. Jha (Universidad Estatal de Nueva Jersey, EE. UU.); R.J. Foley (Universidad de California, Santa Cruz); C. Norman (la Universidad Johns Hopkins, EE. UU.); M. Bradac (Universidad de California, Davis, EE. UU.); WeiKang Zheng (Universidad de California, Berkeley, EE. UU.); G. Brammer (Space Telescope Science Institute, EE. UU.); A. M. Benito (Universidad de São Paulo); A. Cava (Universidad de Ginebra, Suiza); L. Christensen (Universidad de Copenhague, Dinamarca); S. D de Mink (Universidad de Amsterdam, Países Bajos); O Gaur (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, EE. UU., Museo Americano de Historia Natural, EE. UU .; Fellow Postdoctoral de Astronomía y Astrofísica de NSF); C. Grillo (Universitá degli Studi di Milano, Italia); R. Kawamata (Universidad de Tokio, Japón); J. Kneib (Observatoire de Sauverny, Suiza); T. Matheson (Observatorio Astronómico Óptico Nacional, EE. UU.); C. McCully (Observatorio de Las Cubres, EUA; Universidad de California, Santa Bárbara); M. Nonino (Osservatorio Astronomico di Trieste, Italia); I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, España; Universidad de La Laguna, España); A. G. Reiss (Universidad Johns Hopkins, EE. UU, Space Telescope Science Institute, EE. UU.); P. Rosati (Universitá degli Studi di Ferrara, Italia); K. Borello Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Alemania); K. Sharon (Universidad de Michigan, EE. UU.); y B. J. Weiner (Universidad de Arizona, EE. UU.)

Contactos.
Patrick Kelly
University of Minnesota, Twin Cities
Minneapolis, USA

Jose M. Diego
Instituto de Física de Cantabria
Santander, Spain
Tel: +34 942201452

Steven Rodney
University of South Carolina
Columbia, USA

Mathias Jäger
ESA/Hubble, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 176 62397500

• Publicado en Hubble el 2 de marzo del 2.018.