Cuando buscan estudiar los objetos más distantes del Universo, los astrónomos a menudo confían en una técnica conocida como Lente Gravitacional. Basado en los principios de la Teoría de la relatividad general de Einstein, esta técnica implica confiar en una gran distribución de materia (como un cúmulo de galaxias o una estrella) para aumentar la luz proveniente de un objeto distante, haciendo que parezca más brillante y más grande.
Esta técnica ha permitido el estudio de estrellas individuales en galaxias distantes. En un estudio reciente, un equipo internacional de astrónomos utilizó un cúmulo de galaxias para estudiar la estrella individual más lejana jamás vista en el Universo. Aunque normalmente se desmaya al observar, la presencia de un cúmulo de galaxias en primer plano permitió al equipo estudiar la estrella para probar una teoría sobre la materia oscura.
El estudio que describe su investigación apareció recientemente en la revista científica. Astronomía de la naturaleza bajo el título "Ampliación extrema de una estrella individual en desplazamiento al rojo 1.5 por una lente de cúmulo galáctico". El estudio fue dirigido por Patrick L. Kelly, profesor asistente de la Universidad de Minnesota, e incluyó miembros del Observatorio Las Cumbres, el Observatorio Astronómico Óptico Nacional, el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA), la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), y múltiples universidades e instituciones de investigación.
En aras de su estudio, el profesor Kelly y sus asociados utilizaron el cúmulo de galaxias conocido como MACS J1149 + 2223 como su lente. Ubicado a unos 5 mil millones de años luz de la Tierra, este cúmulo de galaxias se encuentra entre el Sistema Solar y la galaxia que contiene Ícaro. Al combinar la resolución y la sensibilidad del Hubble con la fuerza de esta lente gravitacional, el equipo pudo ver y estudiar a Icarus, un gigante azul.
Ícaro, llamado así por la figura mitológica griega que voló demasiado cerca del Sol, ha tenido una historia bastante interesante. A una distancia de aproximadamente 9 mil millones de años luz de la Tierra, la estrella se nos aparece como lo hizo cuando el Universo tenía solo 4,4 mil millones de años. En abril de 2016, la estrella se iluminó temporalmente a 2.000 veces su luminosidad normal gracias a la amplificación gravitacional de una estrella en MACS J1149 + 2223.
Como explicó el profesor Kelly en un reciente comunicado de prensa de la UCLA, esto permitió temporalmente que Icarus fuera visible por primera vez para los astrónomos:
"Se pueden ver galaxias individuales por ahí, pero esta estrella está al menos 100 veces más lejos que la siguiente estrella individual que podemos estudiar, a excepción de las explosiones de supernovas".
Kelly y un equipo de astrónomos habían estado usando Hubble y MACS J1149 + 2223 para ampliar y monitorear una supernova en la galaxia espiral distante en el momento en que vieron el nuevo punto de luz no muy lejos. Dada la posición de la nueva fuente, determinaron que debería ser mucho más magnificada que la supernova. Además, los estudios previos de esta galaxia no habían mostrado la fuente de luz, lo que indica que estaba siendo lentes.
Como Tommaso Treu, profesor de física y astronomía en el Colegio UCLA y coautor del estudio, indicó:
“La estrella es tan compacta que actúa como un agujero y proporciona un haz de luz muy agudo. El rayo brilla a través del cúmulo de galaxias en primer plano, actuando como una lupa cósmica ... Encontrar más eventos de este tipo es muy importante para avanzar en nuestra comprensión de la composición fundamental del universo.
En este caso, la luz de la estrella proporcionó una oportunidad única para probar una teoría sobre la masa invisible (también conocida como "materia oscura") que impregna el Universo. Básicamente, el equipo utilizó la fuente de luz puntual provista por la estrella de fondo para explorar el cúmulo de galaxias que interviene y ver si contenía un gran número de agujeros negros primordiales, que se consideran candidatos potenciales para la materia oscura.
Se cree que estos agujeros negros se formaron durante el nacimiento del Universo y tienen masas decenas de veces más grandes que el Sol. Sin embargo, los resultados de esta prueba mostraron que las fluctuaciones de luz de la estrella de fondo, que había sido monitoreada por Hubble durante trece años, desfavorece esta teoría. Si la materia oscura estuviera hecha de pequeños agujeros negros, la luz proveniente de Ícaro se habría visto muy diferente.
Desde que se descubrió en 2016 utilizando el método de lente gravitacional, Icarus ha proporcionado una nueva forma para que los astrónomos observen y estudien estrellas individuales en galaxias distantes. Al hacerlo, los astrónomos pueden obtener una visión rara y detallada de las estrellas individuales en el Universo temprano y ver cómo evolucionaron (y no solo las galaxias y los cúmulos) con el tiempo.
Cuando el Telescopio espacial James Webb (JWST) se despliega en 2020, los astrónomos esperan tener una mejor visión y aprender mucho más sobre este misterioso período en la historia cósmica.
