Cuando se trata de buscar muertes explosivas de estrellas masivas en el universo temprano, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) es todo un detective cósmico. Este Sherlock Holmes celestial ha encontrado evidencia de 80 nuevas supernovas tempranas en una porción de cielo tan ancha como un grano de arroz sostenido con el brazo extendido.
Esto no sólo es 10 veces más supernovas de las que se han descubierto antes en una historia cósmica tan temprana, pero la muestra también incluye la supernova más antigua y más lejana jamás vista. Es uno que explotó cuando el universo de 13.800 millones de años tenía sólo 1.800 millones de años.
Datos de la Estudio extragaláctico profundo avanzado JWST (JADES) El programa ayudó a un equipo de científicos a encontrar este grupo de supernovas sin precedentes, que incluye además Explosiones tipo Ia que los astrónomos llaman “velas estándar” y puede usarse para medir distancias cósmicas.
Antes de la JWST comenzará a operar en el verano de 2022, sólo se habían encontrado un puñado de supernovas que se remontaban a cuando el universo tenía sólo 3.300 millones de años, lo que equivale aproximadamente al 25% de su edad actual. La muestra JADES, sin embargo, contiene muchas supernovas que explotaron hace mucho tiempo. De hecho, algunos entraron en erupción cuando el universo tenía menos de 2 mil millones de años.
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“El JWST es una máquina para descubrir supernovas”, dijo Christa DeCoursey, miembro del equipo y estudiante de posgrado de tercer año en el Observatorio Steward y la Universidad de Arizona en Tucson. dijo en un comunicado. “El gran número de detecciones más las grandes distancias a estas supernovas son los dos resultados más interesantes de nuestro estudio”.
El incomparable sensibilidad infrarroja del JWST significa que está descubriendo supernovas en casi todas partes del cosmos donde mira.
El detective de supernovas
Cuando las longitudes de onda de la luz viajan a través del cosmos, la expansión del tejido mismo del espacio extiende esas longitudes de onda. Esto hace que la luz se mueva más hacia abajo en el espectro electromagnético en términos de clasificación, avanzando poco a poco desde el extremo más azul hacia el extremo más rojo. Este fenómeno se conoce como “corrimiento al rojo.”
Cuanto más tiempo lleva la luz viajando por el espacio, más extremo es el grado de corrimiento al rojo que sufre. Así, la luz procedente de cuerpos situados a unos 12.000 millones de años luz de distancia, como estas supernovas, ha experimentado un alargamiento extremo de su longitud de onda, o “corrimiento al rojo cosmológico“.
Eso desplaza la luz de esta supernova hacia la región infrarroja del espectro electromagnético, una región en la que el JWST es experto en ver el universo.
El telescopio espacial Hubble Anteriormente había permitido a los astrónomos observar supernovas tan distantes que existían cuando el universo estaba en su fase de “adulto joven”. Sin embargo, con JADES y el JWST, los astrónomos pueden observar supernovas cuando el cosmos está en su “adolescencia” o incluso en su “preadolescencia”.
En el futuro, los científicos esperan volver a la fase “infantil” del universo, o incluso a su infancia cósmica, idealmente topándose con el Muertes de la primera generación de estrellas masivas.
Para obtener esta nueva cabalgata de observaciones de supernovas, el equipo JADES tomó múltiples imágenes de la misma zona del cielo a intervalos de un año. Luego, compararon las imágenes. Porque las supernovas son “transitorios“, lo que significa que se iluminan y se desvanecen con el tiempo, la observación de cambios en las imágenes permitió a los científicos distinguir qué puntos de luz eran realmente estrellas en explosión y cuáles probablemente eran otros fenómenos.
“Esta es realmente nuestra primera muestra de lo que universo de alto corrimiento al rojo “Estamos tratando de identificar si las supernovas distantes son fundamentalmente diferentes o muy parecido a lo que vemos en el universo cercano”.
No todas las supernovas vistas por el equipo JADES fueron supernovas de “colapso del núcleo”, provocadas cuando estrellas masivas se quedan sin el suministro de combustible necesario para la fusión nuclear en sus núcleos y colapsan bajo su propia gravedad, dando origen a un agujero negro o una estrella de neutrones.
Como se mencionó, algunas fueron supernovas de tipo Ia que se desencadenaron cuando los cadáveres estelares llamaron “enanas blancas” alimentarse caníbalmente de material despojado de una estrella compañera o donante. Este material se acumula en la superficie de la enana blanca hasta que desencadena una explosión termonuclear descontrolada que destruye por completo a la enana blanca.
La salida de luz de estos eventos es uniforme con el mismo brillo intrínseco, aparentemente independientemente de la distancia. Esto significa que pueden usarse como reglas cósmicas para medir la distancia y también sirven como marcadores para medir el ritmo al que se expande la estructura del espacio. Sin embargo, si el brillo intrínseco de las supernovas de Tipo Ia cambiara con altos corrimientos al rojo, su utilidad para medir grandes distancias cósmicas sería limitada.
Las observaciones del equipo de un tipo Ia que entró en erupción hace unos 11 mil millones de años indicaron que su brillo no había variado a pesar de que su luz experimentaba un corrimiento al rojo cosmológico.
El universo “preadolescente” era un lugar muy diferente al que vemos hoy, con entornos mucho más extremos. Además, debido a que el universo estaba compuesto principalmente de hidrógeno y helio en esos momentos, los astrónomos esperan ver supernovas antiguas provocadas por la muerte de estrellas que contienen muchos menos elementos químicos pesados, o “metales”, que la generación actual de estrellas “ricas en metales” como el sol.
Por lo tanto, comparar estas antiguas supernovas con estrellas masivas que explotan en el universo local podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo se enriquecen las estrellas durante su formación a partir de metales forjados por las primeras estrellas y que se extendieron por el cosmos a medida que morían.
“Básicamente, estamos abriendo una nueva ventana al universo transitorio”, dijo Matthew Siebert, líder del análisis espectroscópico de las supernovas JADES. “Históricamente, siempre que hemos hecho eso, hemos encontrado cosas extremadamente emocionantes, cosas que no esperábamos”.
Los hallazgos del equipo fueron presentados en una conferencia de prensa en el 244a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Madison, Wisconsin, el lunes (10 de junio).