Caleidoscopio Digital

• Por El Mostrador

Desde Chile, esta investigación es considerada un gran avance para el estudio de la evolución de las galaxias: se logró fotografiar más de 40 estrellas en una galaxia cuya luz proviene de una época en que el universo tenía solo la mitad de su edad actual.

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The feat is compared to trying to observe grains of dust in the craters of the Moon using binoculars, but a team of astronomers achieved what until now seemed impossible: they photographed a large number of individual stars in a galaxy located almost 6.5 billion light-years from Earth.

This is according to research published in the journal Nature Astronomy, led by astronomers from the Steward Observatory of the University of Arizona and in which astronomer Franz Bauer, a researcher associated with the Millennium Institute of Astrophysics (MAS) and the Center for Astrophysics and Related Technologies (CATA) and an academic at the Institute of Astrophysics of the Catholic University, participated from Chile.

As the research explains, this new achievement for world astronomy was reached using NASA’s James Webb Space Telescope (JWST), with the additional help of the effect known as “gravitational lensing”, which was predicted by Albert Einstein in his Theory of General Relativity.

Galactic lensing

Although galaxies contain billions of stars, astronomers have so far been able to image groups of individual stars in nearby galaxies, such as our neighbor Andromeda, but in the distant universe only a few stars have been imaged.

Franz Bauer says that his participation in this project arose from an international JWST collaboration called MAGNIF, designed to observe very distant galaxies. The main difficulty,” he explains, ”is that in galaxies billions of light-years away, stars appear to merge into a diffuse glow, because their light must travel enormous distances before reaching us. This has so far posed a major challenge to the study of galaxy formation and evolution.

The discovery, which was described as a “treasure trove of invisible stars,” was made while astronomers were analyzing JWST images of a galaxy known as Dragon’s Arch, which from Earth’s perspective lies behind a galaxy cluster called Abell 370.

It was this galaxy cluster that generated the gravitational lensing effect, which corresponds to a kind of galactic zoom, a natural amplification effect caused by the gravitational fields of massive objects. This allowed the spiral shape of the Dragon’s Arc galaxy to be transformed into an elongated figure, as if it were a cosmic “funhouse mirror”.

However, such gravitational amplification was not yet sufficient to magnify individual stars in such distant galaxies, but a sum of coincidences made the finding possible. As the research details, within the galaxy cluster many stars float freely, unbound to a particular galaxy, but as they passed in front of even more distant stars in the Dragon’s Arc, they acted with an “additional microlensing” that helped to image them.

“The combination of macrolensing and microlensing effects dramatically increases the magnification factor, allowing the JWST to detect individual stars that would otherwise be too faint and distant to be observed,” the research explains.

Dark matter and star formation

A total of 44 stars were analyzed, with many of them being red supergiants, similar to Betelgeuse in the constellation Orion, which is in the final stages of its life. This contrasts with previous discoveries, which identified predominantly blue supergiants in this area, such as Rigel and Deneb, stars that are among the brightest in the night sky.

According to the researchers, this difference in stellar types demonstrates the power of JWST to observe at infrared wavelengths and detect lower-temperature stars. Future observations with JWST are expected to enable detailed studies of hundreds of stars in distant galaxies, providing information on the structure of gravitational lensing and helping to better understand the elusive nature of dark matter.

“The large number of individually detected stars allows us to identify variations in how stellar populations are created across the extent of this galaxy, helping to better understand how the mass assembly and star formation process operates,” says the MAS/CATA astronomer.

But what were these distant stars like compared to today’s stars? Franz Bauer points out that they were not very different from those we find today in the Milky Way. However, he adds, galaxies formed much of their stars during a period between 20% and 60% of the age of the universe. “But the environment around a galaxy at earlier epochs had a much larger supply of gas, so studying the distribution of these stars gives us an idea of how galaxies assembled into the structures we see today in the nearby universe.”

The astronomer concludes that the properties of the Dragon’s Arc spiral galaxy are quite similar to what we might expect the Milky Way to have had 6.5 billion years ago, and therefore, studying it can provide valuable information about the history and formation of our galaxy.

La hazaña es comparada con intentar observar granos de polvo en los cráteres de la Luna usando binoculares, pero un equipo de astrónomos consiguió lo que hasta ahora parecía imposible: fotografiaron un gran número de estrellas individuales en una galaxia ubicada a casi 6,500 millones de años luz de la Tierra.

Así lo señala una investigación publicada en la Revista Nature Astronomy, liderada por astrónomos del Steward Observatory de la Universidad de Arizona y en la cual participó desde Chile el astrónomo Franz Bauer, investigador asociado al Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) y el Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) y académico del Instituto de Atrofìsica de la Universidad Católica.

Según explica la investigación, este nuevo logro para la astronomía mundial fue alcanzado utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, con la ayuda adicional del efecto conocido como “lente gravitacional”, el cual fue predicho por Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad General.

Lente galáctico

Aunque las galaxias poseen miles de millones de estrellas, hasta ahora los astrónomos han podido fotografiar grupos de estrellas individuales en galaxias más cercanas, como nuestra vecina Andrómeda, pero en el universo distante solo se había logrado fotografiar unas pocas estrellas.

Franz Bauer comenta que su participación en este proyecto surgió de una colaboración internacional de JWST llamada MAGNIF, diseñada para observar galaxias muy distantes. La dificultad principal -explica- se debe a que, en galaxias ubicadas a miles de millones de años luz, las estrellas parecen fusionarse en un resplandor difuso, debido a que su luz debe viajar enormes distancias antes de llegar a nosotros. Esto ha representado hasta ahora un gran desafío para el estudio de la formación y evolución de galaxias.

El hallazgo, que fue descrito como un “tesoro de estrellas invisibles”, se realizó mientras astrónomos analizaban imágenes del JWST provenientes de una galaxia conocida como el Arco del Dragón, la cual desde la perspectiva de la Tierra, se ubica detrás un cúmulo de galaxias llamado Abell 370.

Fue este cúmulo de galaxias el que generó el efecto de lente gravitacional, que corresponde a una especie de zoom galáctico, un efecto de amplificación natural causado por los campos gravitacionales de objetos masivos. Esto permitió que la forma espiral de la galaxia Arco del Dragón se transformara en una figura alargada, como si fuese un “espejo de feria” cósmico.

Sin embargo, una amplificación gravitacional como ésta todavía no era suficiente para magnificar estrellas individuales en galaxias tan distantes, pero una suma de coincidencias hizo posible el hallazgo. Según detalla la investigación, dentro del cúmulo de galaxias muchas estrellas flotan libremente, sin estar ligadas a una galaxia en particular, pero al pasar frente a las estrellas todavía más lejanas en el Arco del Dragón, actuaron con un “microlente adicional” que ayudó a fotografiarlas.

“La combinación de efectos de macrolente y microlente aumenta drásticamente el factor de magnificación, permitiendo al JWST detectar estrellas individuales que de otro modo serían demasiado débiles y distantes para ser observadas”, explica la investigación.

Materia oscura y formación estelar

Un total de 44 estrellas fueron analizadas, siendo muchas de ellas supergigantes rojas, similares a Betelgeuse en la constelación de Orión, que se encuentra en las etapas finales de su vida. Esto contrasta con descubrimientos previos, que identificaron predominantemente supergigantes azules en esta zona, como Rigel y Deneb, estrellas que se cuentan entre las más brillantes en el cielo nocturno.

Según los investigadores, esta diferencia en los tipos estelares demuestra el poder del JWST para observar en longitudes de onda infrarrojas y detectar estrellas de menor temperatura. Se espera que las futuras observaciones con el JWST permitan estudios detallados de cientos de estrellas en galaxias distantes, proporcionando información sobre la estructura de las lentes gravitacionales y ayudando a entender mejor la naturaleza elusiva de la materia oscura.

“El gran número de estrellas detectadas individualmente, nos permite identificar variaciones respecto de cómo se crean las poblaciones estelares a lo largo de la extensión de esta galaxia, ayudando a entender mejor cómo opera el ensamblaje de masa y el proceso de formación estelar”, señala el astrónomo del MAS/CATA.

Pero ¿cómo eran estas lejanas estrellas comparadas con las actuales? Franz Bauer señala que no eran muy diferentes de las que encontramos hoy en la Vía Láctea. Sin embargo, añade, las galaxias formaron gran parte de sus estrellas durante un período de entre el 20% y el 60% de la edad del universo. “Pero el entorno alrededor de una galaxia en épocas anteriores tenía un suministro de gas mucho mayor, por lo que estudiar la distribución de estas estrellas nos da una idea de cómo las galaxias se ensamblaron en las estructuras que vemos hoy en el universo cercano”.

El astrónomo concluye que las propiedades de la galaxia espiral del Arco del Dragón son bastante similares a las que podríamos esperar que tuviera la Vía Láctea hace 6,5 mil millones de años, y por lo tanto, su estudio puede proporcionar información valiosa sobre la historia y formación de nuestra galaxia.

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