Futura detección de estrellas primigenias y agujeros negros.

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría detectar potencialmente las primeras estrellas y los agujeros negros.
Los cúmulos de galaxias como Abell 2744 pueden actuar como una lente cósmica natural, que aumenta la luz de objetos de fondo más distantes a través de la gravedad. El Telescopio Espacial James Webb de la NASA puede detectar la luz de las primeras estrellas del universo si estos grupos tienen lentes gravitacionales. Créditos: NASA, ESA y J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer y el equipo HFF (STScI).

• 25 de abril del 2.018, publicación.

Las primeras estrellas del universo cobraron vida entre 200 y 400 millones de años después del Big Bang. Observar esas primeras estrellas individuales a través de esas vastas distancias de espacio normalmente sería una hazaña más allá de cualquier telescopio de ciencia espacial. Sin embargo, el nuevo trabajo teórico sugiere que, bajo las circunstancias correctas, y con un poco de suerte, el próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA podrá capturar la luz de estrellas individuales dentro de esa primera generación de estrellas.

"Buscar las primeras estrellas y los agujeros negros ha sido durante mucho tiempo un objetivo de la astronomía. Nos hablarán sobre las propiedades reales del universo primitivo, cosas que solo hemos modelado en nuestras computadoras hasta ahora ", dijo Rogier Windhorst de la Universidad Estatal de Arizona, Tempe. Windhorst es el autor principal del artículo que apareció en el Suplemento de Astrophysical Journal.

"Queremos responder preguntas sobre el universo temprano como, ¿eran comunes las estrellas binarias o la mayoría de las estrellas eran solitarias? ¿Cuántos elementos químicos pesados ​​se produjeron, cocinados por las primeras estrellas, y cómo esas primeras estrellas afectaron la formación estelar? ", Agregó el coautor Frank Timmes de la Universidad Estatal de Arizona.

Este diagrama ilustra cómo los rayos de luz de una galaxia o estrella distante pueden
ser curvados por la gravedad de un cúmulo de galaxias intermedias. Como resultado,
un observador en la Tierra ve que el objeto distante parece más brillante de lo que
parecería si no tuviera lentes gravitacionales.
Créditos: NASA, ESA y A. Feild y F. Summers (STScI).
La clave será buscar una estrella que haya sido gravitacionalmente proyectada, su luz doblada y magnificada por la gravedad de un cúmulo de galaxias intermedias. Pero no cualquier lente gravitacional servirá. Las lentes gravitacionales típicas pueden aumentar la luz en un factor de 10 a 20 veces, no lo suficiente como para hacer que una estrella de primera generación sea visible para Webb.

Pero si la estrella distante y el cúmulo de galaxias más cercano se alinean correctamente, la luz de la estrella se puede amplificar 10.000 veces o más, llevándola al dominio de la detectabilidad. Esto podría hacerse a través de los llamados tránsitos cáusticos de racimo, donde la luz de un primer candidato estrella podría magnificarse enormemente durante unos meses debido al movimiento del cúmulo de galaxias en el cielo.

Las posibilidades de una alineación tan precisa son pequeñas, pero no nulas. Los astrónomos anunciaron recientemente que Hubble detectó una estrella súper ampliada conocida como "Ícaro". Aunque era la estrella más lejana jamás vista, estaba mucho más cerca que las estrellas que Webb podría encontrar. Con Webb, el equipo espera encontrar un ejemplo con lente de una estrella que se formó a partir de la mezcla primordial de hidrógeno y helio que impregnó el universo primitivo, que los astrónomos llaman estrellas de Población III.

Espejo primario del telescopio espacial James Webb preparado para realizar pruebas
en el Centro Espacial Johnson. El imponente espejo primario del Telescopio Espacial
James Webb de la NASA se encuentra dentro de una sala limpia en el Centro
Espacial Johnson de la NASA en Houston, donde se someterá a su última prueba
criogénica antes de ser lanzado al espacio en 2020. En preparación para la prueba,
las "alas" del espejo (que consta de los tres segmentos en cada lado) se abrieron.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Además de las primeras estrellas, Windhorst y sus colegas investigaron la posibilidad de ver discos de acreción alrededor de los primeros agujeros negros. Tal agujero negro, formado por la muerte cataclísmica de una estrella masiva, podría brillar intensamente si extrae el gas de una estrella compañera.

Cuanto más tiempo brilla un objeto, más probable es que se desplace en alineación con una lente gravitacional. Se espera que las estrellas de primera generación hayan sido masivas y de corta vida, durando solo unos pocos millones de años antes de explotar como supernovas. Por el contrario, un agujero negro que despoja a una estrella compañera podría brillar durante 10 veces más, alimentándose de una corriente constante de gas. Como resultado, Webb podría detectar más discos de acreción del agujero negro que las estrellas tempranas.

El equipo calcula que un programa de observación dirigido a varios cúmulos de galaxias un par de veces al año durante toda la vida de Webb podría tener éxito en la búsqueda de una primera lente o un disco de acreción de agujeros negros. Ya han seleccionado algunos de los mejores cúmulos objetivo, incluidos los clusters Hubble Frontier Fields y el clúster conocido como "El Gordo".

"Solo tenemos que tener suerte y observar estos cúmulos el tiempo suficiente", dijo Windhorst. "La comunidad astronómica necesitaría continuar monitoreando estos clusters durante la vida de Webb".

El Telescopio Espacial James Webb será el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

Enlaces relacionados:
Portal Webb de la NASA: www.nasa.gov/webb

Christine Pulliam
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4366

Rogier Windhorst
Universidad Estatal de Arizona, Tempe, Arizona
480-540-0816

Última actualización: 25 de abril de 2018
Editor: Lynn Jenner

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