La estrella más lejana jamás observada

Hasta ahora solo se habían observado supernovas o explosiones de estrellas a una distancia tan lejana, pero un equipo internacional de astrónomos ha localizado a 14.000 años luz a una estrella individual, a la que han bautizado como Ícaro, gracias al telescopio espacial Hubble.

Normalmente sería imposible apreciarla. De hecho solo es posible ver estrellas individuales de la Vía Láctea y de galaxias en nuestra vecindad cósmica, incluso utilizando los telescopios más potentes. Pero gracias a una lente gravitacional generada por un cúmulo de galaxias se ha podido amplificar su brillo y detectarla.

"Se trata de una enorme estrella azul, cuyos fotones han tardado 9.000 millones de años luz en llegar a la Tierra, lo que equivale al 70% de la edad del universo, pero como este está en expansión, ahora la estrella se encuentra a 14.000 millones de años luz", explica Pablo Pérez González, investigador del departamento de Física de la Tierra y Astrofísica de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), una de las instituciones españolas que ha participado en el descubrimiento.

Los astrónomos también han utilizado esta estrella, que ya existía tan solo 4.400 millones de años después del Big Bang, para probar una nueva teoría sobre la materia oscura y para estudiar de qué están compuestos los cúmulos de galaxias, unos resultados que publican esta semana en la revista Nature Astronomy.

“Es la primera vez que vemos una estrella individual magnificada”, explica Patrick Kelly, investigador de las universidades de Minnesota y California en Berkeley (EE UU) y coautor principal del estudio. “Somos capaces de ver galaxias muy lejanas, pero esta estrella está 100 veces más lejos que la siguiente estrella individual que podemos estudiar, excepto si contamos explosiones de supernova como una estrella”, añade.

“Hasta que Galileo observó a través de su telescopio el cielo, no se veían las cientos de miles de estrellas individuales que componen lo que se conoce como el Camino de Santiago, una zona brillante pero difusa del cielo”, explica Pérez González. Hasta 2016, continúa, solo era posible observar estrellas individuales de la Vía Láctea o de unas cuantas galaxias muy cercanas a nosotros, a unos cuantos millones de años luz.

“Hoy ya es posible observar una estrella individual que está en el otro lado del universo, y que de hecho ya no existe", destaca el astrónomo español. "Pero no la hemos logrado observar solo gracias a un invento del hombre, sino a la magnificencia de la propia naturaleza y a las leyes de la Física, entre las que se encuentra la perturbación que ejerce una masa en la trayectoria de los fotones. Es realmente fabuloso”.

La gigantesca lupa de una lente gravitacional

La peculiaridad cósmica que ha permitido ver esta estrella es el fenómeno de la 'lente gravitacional'. La gravedad de un cúmulo muy masivo de galaxias actúa como una gran lupa cósmica amplificando la luz de objetos más distantes. La lente natural que ha permitido ver a Ícaro está creada por el cúmulo de galaxias llamado MACS J1149+2223, situado a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra. Combinándola con la resolución y sensibilidad del Hubble se ha conseguido detectar y analizar esa estrella lejana.

Los autores vieron varios cambios repentinos del brillo de la estrella producidos por el efecto del microlente causado por el efecto gravitatorio de astros pertenecientes al cúmulo. “Hay estrellas individuales y estrellas muertas, por ejemplo enanas blancas o estrellas de neutrones, flotando en medio del cúmulo. En realidad son tan débiles que no las vemos. Pero sabemos que están ahí, porque cada vez que una de ellas pasa justo por delante de la estrella lejana en un alineamiento perfecto, vemos cómo Ícaro se hace más brillante”, explica Kelly. “Así que tenemos a la vez un efecto macrolente producido por toda la masa del cúmulo, y un efecto de microlente producido por objetos individuales flotando en el medio intergaláctico”.

Aunque su nombre oficial es 'MACS J1149+2223 Estrella Lentificada 1', el equipo ha decidido llamarla como el personaje de la mitología griega que se acercó demasiado al Sol con sus alas de plumas y cera. Los modelos que el equipo de astrónomos ha hecho para explicar este magnífico evento astronómico indican que Ícaro fue amplificado por una estrella similar al Sol, presente en el medio intergaláctico del cúmulo de estrellas. El alineamiento fue perfecto y se produjo una amplificación de la luz de Ícaro en un factor de al menos 10.000.

Ícaro se acercó tanto a este 'sol' que alcanzó la gloria como su homónimo griego. “Pudimos establecer que Ícaro es una estrella supergigante azul. Un tipo de estrella mucho más grande, masiva, caliente y, posiblemente, miles de veces más brillante que el Sol, pero que, a la distancia a la que se encuentra, es imposible observarla de manera individual incluso para Hubble, salvo que contemos con el fenómeno de lente gravitacional” comenta Ismael Pérez Fournon, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), también participante en el trabajo.

Cuatro horas de observación con el Gran Telescopio Canarias

El evento de detectar Ícaro con el Hubble fue tan extraordinario que cuando fue descubierta esta estrella todos los telescopios del mundo empezaron a observarla. “En España contamos con el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, el Gran Telescopio Canarias (GTC) así que los astrónomos españoles involucrados en el proyecto, de la UCM, del Instituto de Física de Cantabria (IFCA), la Universidad del País Vasco (UPV), el IAC y la Universidad de La Laguna, contactamos con el director de GTC, y de manera especial nos concedió 4 horas de observación esa misma noche”, cuenta Pablo Pérez González. “El GTC fue, de hecho, el único telescopio que detectó esta estrella tan lejana desde tierra, dado que Ícaro es muy débil”, comenta Pérez González.

El descubrimiento de Ícaro no es excepcional solo por el hecho de ver una estrella tan distante por primera vez. Detectar la amplificación del brillo de una estrella individual permite, de manera única, estudiar la naturaleza de la materia oscura del cúmulo. Explorando lo que flota en él, el equipo de astrónomos liderado por Kelly ha logrado poner a prueba una teoría sobre la naturaleza de la materia oscura que establece que la mayor parte de ella son agujeros negros primordiales, que tendrían una masa igual a varias decenas de soles, y que se habrían formado en el nacimiento del Universo.

Según José M. Diego, investigador del IFCA, y líder de un artículo teórico que acompaña a la publicación de Nature, “si la materia oscura estuviese compuesta por agujeros negros similares a los que está detectando LIGO, la señal observada de Ícaro hubiera sido muy distinta con lo cual podemos descartar este tipo de candidatos”. Por su parte, Tom Broadhurst, de la UPV, añade: “Este tipo de estudios permitirá en el futuro acotar otros modelos de materia oscura, como por ejemplo los modelos que postulan partículas de materia oscura súperligeras y con efectos cuánticos“.

El descubrimiento de Ícaro gracias al efecto de lente gravitacional ha dado pie a una nueva forma de mirar al universo por parte de los astrónomos, que pronto buscarán más eventos parecidos cuando el James Webb Space Telescope (JWST), el telescopio de la agencias espaciales de Europa (ESA), Estados Unidos (NASA) y Canadá (CSA) que sucederá a Hubble, sea lanzado en 2019. “Esto nos permitirá estudiar estrellas individuales en galaxias lejanas, o incluso planetas que existían mucho antes de que se formara la Tierra“, concluye Pérez González.

En este estudio también han participado investigadores de la Universidad de Carolina del Sur (EE UU), que lideran otro artículo sobre la lente gravitacional galáctica en el mismo número de Nature Astronomy.