El telescopio Webb de la NASA abre una nueva ventana a la ciencia de las supernovas
El telescopio espacial James Webb de la NASA, que observa las profundidades del cosmos, ofrece a los científicos la primera visión detallada de las supernovas de una época en la que nuestro universo tenía apenas una pequeña fracción de su edad actual. Un equipo que utiliza datos del telescopio Webb ha identificado diez veces más supernovas en el universo primitivo de las que se conocían anteriormente. Algunas de las estrellas en explosión recién descubiertas son los ejemplos más distantes de su tipo, incluidas las que se utilizan para medir la tasa de expansión del universo.
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| El campo profundo de JADES utiliza observaciones realizadas por el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA como parte del programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Un equipo de astrónomos que estudia los datos de JADES identificó unos 80 objetos (marcados con un círculo verde) cuyo brillo cambió con el tiempo. La mayoría de estos objetos, conocidos como objetos transitorios, son el resultado de la explosión de estrellas o supernovas. Antes de este estudio, solo se habían encontrado unas pocas supernovas con un desplazamiento al rojo superior a 2, lo que corresponde a cuando el universo tenía solo 3.300 millones de años, apenas el 25% de su edad actual. La muestra de JADES contiene muchas supernovas que explotaron en un pasado aún más lejano, cuando el universo tenía menos de 2.000 millones de años. Incluye la más lejana jamás confirmada espectroscópicamente , con un desplazamiento al rojo de 3,6. Su estrella progenitora explotó cuando el universo tenía solo 1.800 millones de años. Créditos: Imagen, Colaboración NASA, ESA, CSA, STScI y JADES |
"Webb es una máquina de descubrimiento de supernovas", dijo Christa DeCoursey, estudiante de tercer año de posgrado en el Observatorio Steward y la Universidad de Arizona en Tucson. "La gran cantidad de detecciones más las grandes distancias a las que se encuentran estas supernovas son los dos resultados más emocionantes de nuestro estudio".
DeCoursey presentó estos hallazgos en una conferencia de prensa en la 244ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Madison, Wisconsin.
'Una máquina para descubrir supernovas'
Para realizar estos descubrimientos, el equipo analizó datos de imágenes obtenidos como parte del programa JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey) del JWST. El Webb es ideal para encontrar supernovas extremadamente distantes porque su luz se estira en longitudes de onda más largas, un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cosmológico .
Antes del lanzamiento del telescopio Webb, solo se habían encontrado unas pocas supernovas con un desplazamiento al rojo superior a 2, lo que corresponde a cuando el universo tenía solo 3.300 millones de años, apenas el 25% de su edad actual. La muestra de JADES contiene muchas supernovas que explotaron en un pasado aún más lejano, cuando el universo tenía menos de 2.000 millones de años.
Anteriormente, los investigadores utilizaban el telescopio espacial Hubble de la NASA para observar supernovas de cuando el universo estaba en su etapa de "adulto joven". Con JADES, los científicos están observando supernovas de cuando el universo estaba en su etapa de "adolescencia" o "preadolescencia". En el futuro, esperan poder observar la etapa de "infancia" del universo.
Para descubrir las supernovas, el equipo comparó varias imágenes tomadas con un año de diferencia y buscó fuentes que desaparecían o aparecían en esas imágenes. Estos objetos cuyo brillo observado varía con el tiempo se denominan objetos transitorios, y las supernovas son un tipo de objetos transitorios. En total, el equipo de JADES Transient Survey Sample descubrió alrededor de 80 supernovas en una zona del cielo de apenas el grosor de un grano de arroz sostenido con el brazo extendido.
“Esta es realmente nuestra primera muestra de cómo se ve el universo de alto corrimiento al rojo para la ciencia transitoria”, dijo su compañero de equipo Justin Pierel, un miembro Einstein de la NASA en el Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland. “Estamos tratando de identificar si las supernovas distantes son fundamentalmente diferentes o muy similares a lo que vemos en el universo cercano”.
Pierel y otros investigadores del STScI proporcionaron un análisis experto para determinar qué fenómenos transitorios eran en realidad supernovas y cuáles no, porque a menudo parecían muy similares.
El equipo identificó varias supernovas de alto corrimiento al rojo, incluida la más lejana jamás confirmada espectroscópicamente , con un corrimiento al rojo de 3,6. Su estrella progenitora explotó cuando el universo tenía solo 1.800 millones de años. Se trata de una supernova de colapso del núcleo, una explosión de una estrella masiva.
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| Este mosaico muestra tres de los aproximadamente 80 objetos transitorios, u objetos de brillo cambiante, identificados en los datos del programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). La mayoría de los objetos transitorios son el resultado de explosiones de estrellas o supernovas. Al comparar imágenes tomadas en 2022 y 2023, los astrónomos pudieron localizar supernovas que, desde nuestra perspectiva, explotaron recientemente (como los ejemplos que se muestran en las dos primeras columnas), o supernovas que ya habían explotado y cuya luz se estaba desvaneciendo (tercera columna). La edad de cada supernova se puede determinar a partir de su corrimiento al rojo (designado por 'z'). La luz de la supernova más distante, con un corrimiento al rojo de 3,8, se originó cuando el universo tenía solo 1.700 millones de años. Un corrimiento al rojo de 2,845 corresponde a un momento 2.300 millones de años después del Big Bang. El ejemplo más cercano, con un corrimiento al rojo de 0,655, muestra la luz que salió de su galaxia hace unos 6.000 millones de años, cuando el universo tenía poco más de la mitad de su edad actual. Créditos: Imagen, NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCoursey (Universidad de Arizona), colaboración JADES |
Descubrimiento de supernovas distantes de tipo Ia
De particular interés para los astrofísicos son las supernovas de tipo Ia . Estas estrellas en explosión son tan predeciblemente brillantes que se utilizan para medir distancias cósmicas lejanas y ayudan a los científicos a calcular la tasa de expansión del universo. El equipo identificó al menos una supernova de tipo Ia con un corrimiento al rojo de 2,9. La luz de esta explosión comenzó a viajar hacia nosotros hace 11.500 millones de años, cuando el universo tenía solo 2.300 millones de años. El récord de distancia anterior para una supernova de tipo Ia confirmada espectroscópicamente era un corrimiento al rojo de 1,95, cuando el universo tenía 3.400 millones de años.
Los científicos están ansiosos por analizar las supernovas de tipo Ia con altos corrimientos al rojo para ver si todas tienen el mismo brillo intrínseco, independientemente de la distancia. Esto es de vital importancia, porque si su brillo varía con el corrimiento al rojo, no serían marcadores confiables para medir la tasa de expansión del universo.
Pierel analizó esta supernova de tipo Ia, encontrada con un corrimiento al rojo de 2,9, para determinar si su brillo intrínseco era diferente al esperado. Si bien este es solo el primer objeto de este tipo, los resultados no indican evidencia de que el brillo de tipo Ia cambie con el corrimiento al rojo. Se necesitan más datos, pero por ahora, las teorías basadas en supernovas de tipo Ia sobre la tasa de expansión del universo y su destino final permanecen intactas. Pierel también presentó sus hallazgos en la 244.ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense.
Mirando hacia el futuro
El universo primitivo era un lugar muy diferente, con condiciones ambientales extremas. Los científicos esperan ver supernovas antiguas que provengan de estrellas que contienen muchos menos elementos químicos pesados que estrellas como nuestro Sol. Comparar estas supernovas con las del universo local ayudará a los astrofísicos a comprender los mecanismos de formación de estrellas y explosión de supernovas en esos primeros tiempos.
“Básicamente, estamos abriendo una nueva ventana al universo transitorio”, dijo Matthew Siebert, miembro del STScI y quien dirige el análisis espectroscópico de las supernovas de JADES. “Históricamente, siempre que lo hemos hecho, hemos encontrado cosas extremadamente emocionantes, cosas que no esperábamos”.
“Debido a que el Webb es tan sensible, está detectando supernovas y otros fenómenos transitorios prácticamente en todos los lugares a los que apunta”, afirmó Eiichi Egami, miembro del equipo de JADES y profesor de investigación de la Universidad de Arizona en Tucson. “Este es el primer paso significativo hacia estudios más amplios de supernovas con el Webb”.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observa más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Contacto con los medios
Ann Jenkins
Instituto Científico del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Christine Pulliam
Instituto Científico del Telescopio Espacial, Baltimore, Maryland
Publicado en Webb el 10 de junio del 2024, enlace publicación.
