El telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA ha establert un nou punt de referència extraordinari: detectar la llum d’una estrella que va existir durant els primers mil milions d’anys després del naixement de l’Univers al Big Bang (a un desplaçament cap al vermell de 6,2), ara per ara l’estrella individual més llunyana mai vista. Això estableix un objectiu important per al telescopi espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA en el seu primer any
Aquesta troballa suposa un gran salt enrere en el temps en comparació amb l’anterior titular del rècord d’una sola estrella; detectat pel Hubble l’any 2018. Aquesta estrella existia quan l’univers tenia uns 4.000 milions d’anys, o el 30 per cent de la seva edat actual, en un moment que els astrònoms anomenen “desplaçament cap al vermell 1,5”. Els científics utilitzen la paraula “desplaçament al vermell” perquè a mesura que l’Univers s’expandeix, la llum d’objectes llunyans s’estira o “es desplaça” a longituds d’ona més llargues i vermelles a mesura que viatja cap a nosaltres.
Però l’estrella recentment detectada està tan lluny que la seva llum ha trigat 12.900 milions d’anys a arribar a la Terra, semblant-nos com quan l’univers només tenia el 7 per cent de la seva edat actual, amb un desplaçament cap al vermell de 6,2. Els objectes més petits vists anteriorment a una distància tan gran són cúmuls d’estrelles, incrustats dins de les primeres galàxies
“Al principi gairebé no ens ho vam creure, estava molt més lluny que l’estrella de desplaçament cap al vermell més llunyana anterior”, va dir l’astrònom Brian Welch de la Universitat Johns Hopkins de Baltimore, autor principal del document que descriu el descobriment, que és publicat a la revista Nature. El descobriment es va fer a partir de dades recollides durant el programa RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) de Hubble, dirigit pel coautor Dan Coe de l’Institut de Ciència del Telescopi Espacial (STScI).
“Normalment a aquestes distàncies, galàxies senceres semblen petites taques, la llum de milions d’estrelles es barregen”, va dir Welch. “La galàxia que allotja aquesta estrella s’ha magnificat i distorsionat per la lent gravitatòria en una llarga mitja lluna que vam anomenar Arc de la sortida del sol”. Després d’estudiar la galàxia en detall, Welch va determinar que una característica és una estrella extremadament magnificada que va anomenar Earendel, que significa “estrella del matí” en anglès antic. El descobriment té la promesa d’obrir una era inexplorada de formació estel·lar molt primerenca.
“Earendel va existir fa tant de temps que potser no tenia les mateixes matèries primeres que les estrelles que ens envolten avui”, va explicar Welch. “Estudiar Earendel serà una finestra a una era de l’Univers que no estem familiaritzats, però que porta a tot el que sabem. És com si haguéssim estat llegint un llibre molt interessant, però vam començar amb el segon capítol, i ara tindrem l’oportunitat de veure com va començar tot”, va dir Welch.
“Hi ha una predicció teòrica de llarga durada que les estrelles que es formen únicament a partir dels elements que es van forjar poc després del Big Bang (hidrogen, heli i traces de liti) haurien de ser més massives que les estrelles que es formen avui”, va afegir Erik Zackrisson, membre de l’equip i del Departament de Física i Astronomia de la Universitat d’Uppsala a Suècia. “Aquestes estrelles primordials, conegudes com a estrelles de la població III, fins ara han eludit els observadors, però podrien ser detectables si se sotmeten a un augment molt elevat per lents gravitatòries, com en el cas de l’objecte Earendel”.
L’equip d’investigació calcula que Earendel té almenys 50 vegades la massa del nostre Sol i milions de vegades més brillant, rivalitzant amb les estrelles més massives conegudes. Però fins i tot una estrella tan brillant i de massa gran seria impossible de veure a una distància tan gran sense l’ajut de l’augment natural d’un enorme cúmul de galàxies, en aquest cas conegut com WHL0137-08, ubicades entre nosaltres i Earendel. La massa del cúmul de galàxies deforma el teixit de l’espai, creant una potent lupa natural que distorsiona i amplifica molt la llum dels objectes llunyans que hi ha darrere.
Gràcies a la rara alineació amb el cúmul de galàxies augmentant, l’estrella Earendel apareix directament sobre, o molt a prop d’una ondulació en el teixit de l’espai. Aquesta ondulació, que en òptica es coneix com a “càustica”, proporciona la màxima magnificació i il·luminació. L’efecte és anàleg a la superfície ondulada d’una piscina creant patrons de llum brillant al fons de la piscina en un dia assolellat. Les ondulacions de la superfície actuen com a lents i concentren la llum solar a la màxima brillantor al terra de la piscina.
Aquesta càustica fa que l’estrella Earendel surti de la resplendor general de la seva galàxia natal. La seva brillantor s’amplia mil vegades o més. En aquest punt, els astrònoms no són capaços de determinar si Earendel és una estrella binària, però la majoria de les estrelles massives tenen almenys una estrella companya més petita.
Els astrònoms esperen que Earendel es mantindrà molt magnificat durant els propers anys. Serà observat pel telescopi espacial James Webb. L’alta sensibilitat de Webb a la llum infraroja és necessària per aprendre més sobre Earendel, perquè la seva llum s’estira (desplaçada al vermell) a longituds d’ona infraroja més llargues per l’expansió de l’Univers.
“Les imatges i els espectres de Webb ens permetran confirmar que Earendel és realment una estrella i limitar la seva edat, temperatura, massa i radi”, va explicar el membre de l’equip Jose Maria Diego de l’Institut de Física de Cantàbria a Espanya. “La combinació d’observacions de Hubble i Webb ens permetrà aprendre també sobre les microlents del cúmul de galàxies, que podrien incloure objectes exòtics com els forats negres primordials”.
La composició d’Earendel serà de gran interès per als astrònoms, perquè es va formar abans que l’Univers s’omplís amb els elements pesants produïts per les successives generacions d’estrelles massives. Si els estudis de seguiment descobreixen que Earendel només està fet d’hidrogen i heli primordials, seria la primera evidència de les llegendàries estrelles de la població III, que se suposa que són les primeres estrelles que es van formar després del Big Bang. Tot i que la probabilitat és petita, Welch admet que és alhora atractiu.
Més informació: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04449-y