¿Dónde demonios está Earendel?

¿Dónde demonios está Earendel?

En la tarde (en España) del pasado miércoles 30 de marzo, la NASA -a través de los datos obtenidos por el telescopio Espacial Hubble (HST)- ha hecho público el estudio [1] en el cual se da a conocer la primera observación de una estrella que podría ser de población III, esto es, la primera generación estelar tras el Big Bang. Esta estrella ha sido denominada Earandel, nombre vinculado al «universo» del escritor J.R Tolkien, que parece ser se basó en leyendas medievales o incluso muy anteriores, vinculadas a menciones a algún astro brillante en el cielo.

Crédito: NASA/ESA

La detección ha sido posible gracias a una lente gravitacional, una especial alineación con la misma, y lógicamente al brillo que sustentó esta estrella. Y digo que «sustentó» porque según el comunicado, su luz partió de ella hace 12900 millones de años.

Esta posible primera detección de este ansiado y buscado tipo de estrellas -las primeras que brillaron tras el Big Bang- abre la posibilidad por fin de empezar a analizar este tipo de objetos con el telescopio espacial James Webb, (JWST), que empezará a trabajar este verano. El James Webb, con un diámetro casi tres veces superior al del Hubble, será capaz de analizar con mayor resolución este tipo de objetos y aportarnos información sobre si son las tan ansiadas estrellas de primera generación con una composición similar al universo primigenio, ya que su luz partió de ella cuando el universo solo contaba con unos 1000 millones de años.

Rápidamente muchos medios de comunicación han interpretado que el tiempo que la luz ha tardado en llegarnos es también la distancia en años luz a la que se encuentra -o mejor se encontraba- este objeto.

Si consideremos que la velocidad de la luz es constante, lógicamente vemos una estrella que se encuentra a 1 año luz de distancia exactamente como era hace un año, que es lo que ha tardado la luz en llegarnos. Es la propia definición de esta medida de distancia que es el año luz. Podemos decir que, a escalas cercanas o galácticas, el tiempo que tarda la luz es exactamente la distancia a la que se encuentra el objeto que lo emite, si utilizamos este patrón.

Pero a escala cosmológica la cosa se complica y no funciona así, y no porque la velocidad de la luz no sea una constante ahora y también en el pasado -ya que mirar lejos en el espacio es por tanto mirar atrás en el tiempo-, sino porque el universo se expande desde su inicio y además la velocidad de expansión del universo no es una constante a lo largo del tiempo.

De hecho, el modelo del Big Bang aceptado actualmente, contempla una muy breve época inicial llamada «la gran inflación», en el que el tamaño del universo se agrandó de forma brutal (exponencial diría yo) que resuelve algunos aspectos complejos de la cosmología moderna. Actualmente sabemos que la expansión del universo es acelerada.

Así, el universo que se originó hace unos 14000 millones de años no tiene un radio de 7000 millones de años luz, si no mucho más, unos 45000 millones de años luz de radio. Me anticipo: NO preguntéis que hay más allá de esa distancia, la luz aún no ha tenido tiempo de llegarnos pues el universo es finito en el tiempo (14000 millones de años) y la luz finita en su velocidad.

De hecho, cuando la luz fue emitida por esta estrella, el universo era lógicamente mucho más pequeño (solo llevaba unos 1000 millones de años existiendo), y nuestro supuesto punto en el universo estaba «solo» a unos 4000 millones de años luz de distancia de Earandel. Pero antes que te líes con estas cosas, vamos a aclarar algo.

Para evitar confusiones, en distancias cosmológicas, se utiliza el término de distancias comóviles, o más sencillamente el término adimensional corrimiento al rojo o «redshift» (z), en cuya definición no voy a entrar en detalle para no liarte más, pero que tiene que ver con lo lejos que está la luz que observamos en función de lo cambiada que están las longitudes de onda de esa luz que analizamos al descomponerla en su espectro (y que siempre están desplazadas hacía la zona roja del espectro electromagnético debida a la expansión del universo).

Earendel en concreto tiene un redshif de z= 6,2, lo que la situará a una distancia aproximada de unos 8800 Mpc, o lo que es lo mismo, unos 28000 millones de años luz. Puede resultar paradójico el pensar que mientras que la luz de la estrella ha estado recorriendo temporalmente 12900 millones de años, su distancia de detección actual sea en realidad a la distancia de unos 28000 millones de años luz. Pero es lo que tiene que el universo se expanda y tanto más rápidamente cuanto más lejos miramos, según nuestro modelo actual [2]

Nadie dijo que la cosmología fuera sencilla, explicarla de forma que no parezca compleja es un reto, comprenderla un triunfo, pero al contrario de lo que decía el gran Richard Feynman sobre la mecánica cuántica «si crees que entiendes la mecánica cuántica es que no la entiendes», la cosmología es mucho más gratificante y familiar en sus observaciones.

Creedme que, el modelo cosmológico actual que tenemos (∆CDM), con unos determinados valores para unas determinadas constantes (como la de Hubble, H0), es el que mejor se ajusta para todo lo que llevamos observando desde que aprendimos que las nebulosas espirales eran otras galaxias y que el universo se expandía, cosa que por cierto descubrió E. Hubble hace un siglo (el señor de la foto superior, que quizás te sonríe).

Espero que os guste y os anime a profundizar en una disciplina apasionante.

Gracias por leerme y si os gusta, os animo a seguir el blog.

Referencias:

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-022-04449-y

El comunicado de NASA aquí: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/record-broken-hubble-spots-farthest-star-ever-seen

[2] https://www.astro.ucla.edu/~wright/Dltt_is_Dumb.html

Y de regalo para los más interesados e interesadas, algo que os encantará y nunca más os volverán a liar cuando os den un valor de z:

Paper-and-pencil cosmological calculator: https://arxiv.org/pdf/1303.5961v1.pdf

30 años de nuestro ojo en el cielo

30 años de nuestro  ojo en el cielo

Mister Beam acababa de aterrizar en The Thames Television y Manuel Fraga volvía a ser presidente de la comunidad autónoma de Galicia. Nelson Mandela salía de prisión en Sudáfrica y Mijaíl Gorbachov era nombrado primer  presidente –y a la postre acabaría siendo el último-  de la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS). En un tono menos político, este año al que me refiero fue en el que en las instalaciones del CERN  se desarrolla un protocolo de comunicación entre ordenadores (HTTP) que  cuatro años más tarde empezaría a conocerse como Internet.

¡Vaya!, eso que nos parece de la prehistoria de nuestras vidas en los que ya peinamos canas, ¡fue hace tan solo tres décadas! Si tienes menos de treinta años, te preguntarás quiénes son esos pocos personajes que he nombrado anteriormente (y a los que, varias generaciones por arriba y varias por debajo de la mía, nos impactaron bastante), y seguramente solo te sonará la palabra «Internet», ¿verdad?

Un día de abril de ese año, el transbordador espacial Discovery  (misión STS-31) -uno de los 6 transbordadores espaciales de los que dispuso la NASA hasta 2011-  ponía en órbita un poco conocido todavía Telescopio Espacial Hubble (HST en adelante, por su acrónimo en inglés).

The Hubble Space Telescope in orbit
Imagen del HST sobre la Tierra (impresión artística). Crédito: ESA/NASA

Este telescopio, en el cual cabe recordar colabora también la ESA, es uno de los que se vinieron a llamar «grandes observatorios espaciales», formado por cuatro instrumentos; el HST propiamente, el Telescopio Espacial Spitzer (SST), el Telescopio Espacial Chandra (CXO) y el Telescopio Espacial Compton (CGRO), y es, de los cuatro, el último en activo.

El HST trabaja observando el universo en el espectro  ultravioleta cercano, visible e infrarrojo cercano, el SST (finalizado) observaba en el espectro infrarrojo, el CXO en el espectro de los rayos X (finalizado) y el  CGRO en el espectro de los rayos gamma (finalizado).

Su órbita se eleva casi a los 600 kilómetros de altura, y desde hace 30 años ha tenido 4 misiones de servicio  (todas ellas con el programa de la lanzadera espacial) para su mejora, siendo la última la misión SM4 en el año 2009.

Con  11 000 kilogramos de masa y 13 metros de longitud por 4 de ancho, lo que vendría siendo el tamaño de un autobús, tiene un espejo de 2,4 metros de diámetro, lo que consideraríamos en tierra un observatorio profesional de tamaño más bien pequeño actualmente.  Pero prácticamente casi todo el mundo que tiene acceso a medios de comunicación ha oído hablar del telescopio «Hubble», cuyo nombre hace honor al célebre cosmólogo Edwin P. Hubble y del que precisamente hablamos en la entrada anterior de este blog [1].

Es curioso, pues es posiblemente el astrónomo fallecido, incluso científico quizás,  más nombrado en los medios de comunicación, y no por su fundamental contribución a descubrir la distancia a las galaxias y la expansión del universo, si no por los descubrimientos de un telescopio que lleva su nombre.

¿Qué ha hecho este instrumento para que sea tan famoso hasta el momento?

Bien, al estar fuera de la atmósfera terrestre su capacidad de recoger luz, aún tratándose de tecnología de hace 35 años (dotado de  escalabilidad con  misiones espaciales de servicio), lo convierte en una herramienta poderosa en cuanto a resolución angular y nitidez, contando con 5 instrumentos científicos , dos cámaras principales y tres cámaras-espectrógrafos.

Hubble_30aniversario_Abril2020
Portal del Hubble. Fuente inagotable de información e imágenes. Crédito: NASA

En estos 30 años han realizado con él más de 1,5 millones de observaciones astronómicas y tomadas más de medio millón de imágenes, que ha ayudado a la elaboración de forma completa o parcial de más de 5000 artículos científicos.

El telescopio está operado desde el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore y el centro Goddard (GSFC) de NASA en Greenbelt. Puedes obtener información muy detallada de todo el telescopio, así como de muchísimos recursos, en los respectivos portales Web de estos dos organismos. [2]

Las imágenes más lejanas y tempranas del universo han sido tomadas por este telescopio, mostrando galaxias formadas pocos miles de millones de años después del Big-Bang, que dio origen a nuestro universo, no en vano un telescopio es una máquina de mirar atrás en el tiempo.

Y es muy curioso porque el instrumento empezó con mal pie, no solo porque su puesta en órbita se retrasó casi 5 años debido al desastre del transbordador espacial Challenger de 1986, si no porque poco después de ponerse en órbita los científicos de la misión notaron un error en el tallado del espejo principal: el Hubble «veía borroso » y era necesario ponerle «gafas».

 Afortunadamente el diseño del telescopio contemplaba la escalabilidad instrumental y un servicio de mantenimiento por astronautas mediante misiones del transbordador espacial, y así, exitosamente en 1993 se instaló la óptica correctiva COSTAR y la cámara de amplio campo WFPC2 que sustituyó a la WFPC1. Recuerdo las primeras imágenes donde se realizaba una comparativa, y lo cierto es que empezaba a vislumbrarse de lo que era capaz el instrumento [3]

WFPC1vsWFPC2_2
La galaxia Messier 100. Imágenes tomadas por la WPFC1 y la WPFC2 respectivamente. Crédito: STScI.

El éxito de la misión empezó a catapultarlo a la fama mediática, y además lo acompañó las imágenes excelentes que captó del impacto del desfragmentado cometa Shoemaker-Levy 9 contra el planeta Júpiter, algo que nunca habíamos presenciado. Después vinieron las icónicas imágenes de «los pilares de la creación» (Messier 16) , el primer «campo profundo» de galaxias (HDF) [4] mirando a los límites del universo observable, o la detección de multitud de estrellas naciendo en el interior de la nebulosa de Orión (Messier 42).

HST_M16_PilaresCreacion_1995
La imagen de los «Pilares de la Creación» en Messier 16. Crédito: STScI.

HST_HubbleDeepField_1500galaxias_2dias_1995
Parte de la imagen HDF tomada durante dos días de diciembre de 1995, recogiendo una pequeña zona de la Osa Mayor. Después vendría la de campo ultra profundo (HUDF) en 2004 y la de campo profundo extremo (XDF) en 2012. Crédito: STScI.

 Mientras tanto, tras cada imagen bonita para la opinión pública,  el instrumento ya no pararía de hacer ciencia y descubrimientos. Desde confirmar la presencia de agujeros negros en galaxias,  resolver estructuras de galaxias,  las superficies de lunas de Júpiter, hasta las lentes gravitacionales más sorprendentes …son tan incontables los aportes de este instrumento a la astrofísica moderna que os podéis hacer una idea genérica consultando  en la referencia anterior [2] las notas de prensa más importantes por años [5], pues me siento incapaz de intentar hacer un resumen de todos los descubrimientos del Hubble,  y ya  sin entrar a señalar todas las confirmaciones observacionales  de las que ha participado complementando otros instrumentos basados en Tierra, o como contrapartida óptica de observaciones de los otros observatorios espaciales en diferentes longitudes de onda.

El Hubble ha sido, y si todo va bien seguirá siendo hasta allá por 2025, nuestro más emblemático instrumento para observar el cielo, solo eclipsado por el deseado  James Webb Space Telescope (JWST) que, con un espejo de 6,5 metros, será puesto en órbita (muy diferente a la del HST) este próximo año.

Pero además de la ciencia, incontestable motivo de existencia de este veterano telescopio que ha sido estos últimos 30 años nuestro mejor ojo en el cielo, se encuentra  la belleza que capta del universo. También me siento incapaz para seleccionar una única imagen que fuera la más representativa del HST, pero está claro que sin duda sería una de las recogidas por el proyecto Hubble Heritage [6], que merecen ser vistas en una pantalla grande.

¿Cuál es vuestra preferida?

Gracias por leerme, un saludo y ¡Feliz cumpleaños Hubble!

Hubble_Heritage
Portal de Hubble Heritage (enlace en [6]). ¿Qué imagen crees que debería se la elegida como más simbólica?. Crédito: STScI/NASA
 

Referencias del texto:

[1] https://cielosestrellados.net/2020/02/22/100-anos-del-principio-del-fin-del-universo-de-las-estrellas/

[2] https://hubblesite.org/

[3] https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/servicing/index.html

[4]  https://www.adass.org/adass/proceedings/adass99/O1-01 y https://hubblesite.org/contents/news-releases/1996/news-1996-01.html?Year=1996&page=3&filterUUID=8a87f02e-e18b-4126-8133-2576f4fdc5e2

[5] https://hubblesite.org/news

[6] http://heritage.stsci.edu/gallery/gallery.html