Mirando profundamente en el cosmos, el telescopio espacial James Webb de la NASA está dando a los científicos su primera visión detallada de las supernovas de una época en la que nuestro universo era solo una pequeña fracción de su edad actual. Un equipo que utiliza datos de Webb ha identificado 10 veces más supernovas en el universo primitivo de las que se conocían anteriormente. Algunas de las estrellas explosivas recién descubiertas son los ejemplos más distantes de su tipo, incluidas las utilizadas para medir la tasa de expansión del universo.
"Webb es una máquina de descubrimiento de supernovas", dijo Christa DeCoursey, estudiante de tercer año de posgrado en el Observatorio Steward y la Universidad de Arizona en Tucson. "El gran número de detecciones más las grandes distancias a estas supernovas son los dos resultados más emocionantes de nuestro estudio".
Imagen A: Campo profundo de jades anotado
'Una máquina de descubrimiento de supernovas'
Para hacer estos descubrimientos, el equipo analizó los datos de imágenes obtenidos como parte del programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Webb es ideal para encontrar supernovas extremadamente distantes porque su luz se estira en longitudes de onda más largas, un fenómeno conocido como corrimiento al rojo cosmológico.
Antes del lanzamiento de Webb, solo se habían encontrado un puñado de supernovas por encima de un corrimiento al rojo de 2, que corresponde a cuando el universo tenía solo 3.300 millones de años, solo el 25% de su edad actual. La muestra de JADES contiene muchas supernovas que explotaron aún más en el pasado, cuando el universo tenía menos de 2.000 millones de años.
Anteriormente, los investigadores utilizaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA para ver supernovas de cuando el universo estaba en la etapa de "adulto joven". Con JADES, los científicos están viendo supernovas cuando el universo estaba en su "adolescencia" o "preadolescencia". En el futuro, esperan mirar hacia atrás a la fase "pequeña" o "infantil" del universo.
Para descubrir las supernovas, el equipo comparó múltiples imágenes tomadas con hasta un año de diferencia y buscó fuentes que desaparecieron o aparecieron en esas imágenes. Estos objetos que varían en el brillo observado a lo largo del tiempo se denominan transitorios, y las supernovas son un tipo de transitorios. En total, el equipo de la Muestra de Sondeo Transitorio de JADES descubrió alrededor de 80 supernovas en un parche de cielo de solo el grosor de un grano de arroz sostenido con el brazo extendido.
"Esta es realmente nuestra primera muestra de cómo se ve el universo de alto corrimiento al rojo para la ciencia transitoria", dijo su compañero de equipo Justin Pierel, becario Einstein de la NASA en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland. "Estamos tratando de identificar si las supernovas distantes son fundamentalmente diferentes o muy parecidas a lo que vemos en el universo cercano".
Pierel y otros investigadores de STScI proporcionaron un análisis experto para determinar qué transitorios eran en realidad supernovas y cuáles no, porque a menudo se veían muy similares.
El equipo identificó una serie de supernovas de alto corrimiento al rojo, incluida la más lejana jamás confirmada espectroscópicamente, con un corrimiento al rojo de 3,6. Su estrella progenitora explotó cuando el universo tenía solo 1.800 millones de años. Es lo que se conoce como supernova de colapso del núcleo, una explosión de una estrella masiva.
Imagen B: Transitorios de campo profundo de Jades (NIRCam)
Descubriendo supernovas distantes de tipo Ia
De particular interés para los astrofísicos son las supernovas de tipo Ia. Estas estrellas en explosión son tan predeciblemente brillantes que se utilizan para medir distancias cósmicas lejanas y ayudar a los científicos a calcular la tasa de expansión del universo. El equipo identificó al menos una supernova de tipo Ia con un corrimiento al rojo de 2,9. La luz de esta explosión comenzó a viajar hasta nosotros hace 11.500 millones de años, cuando el universo tenía solo 2.300 millones de años. El récord de distancia anterior para una supernova de tipo Ia confirmada espectroscópicamente era un corrimiento al rojo de 1,95, cuando el universo tenía 3.400 millones de años.
Los científicos están ansiosos por analizar las supernovas de tipo Ia a altos corrimientos al rojo para ver si todas tienen el mismo brillo intrínseco, independientemente de la distancia. Esto es de vital importancia, porque si su brillo varía con el corrimiento al rojo, no serían marcadores confiables para medir la tasa de expansión del universo.
Pierel analizó esta supernova de tipo Ia encontrada en un corrimiento al rojo de 2,9 para determinar si su brillo intrínseco era diferente de lo esperado. Si bien este es solo el primer objeto de este tipo, los resultados no indican evidencia de que el brillo de tipo Ia cambie con el corrimiento al rojo. Se necesitan más datos, pero por ahora, las teorías basadas en supernovas de tipo Ia sobre la tasa de expansión del universo y su destino final permanecen intactas. Pierel también presentó sus hallazgos en la 244ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana.
Mirando hacia el futuro
El universo primitivo era un lugar muy diferente con ambientes extremos. Los científicos esperan ver supernovas antiguas que provengan de estrellas que contienen muchos menos elementos químicos pesados que estrellas como nuestro Sol. Comparar estas supernovas con las del universo local ayudará a los astrofísicos a comprender la formación estelar y los mecanismos de explosión de supernovas en estos primeros momentos.
"Básicamente, estamos abriendo una nueva ventana al universo transitorio", dijo Matthew Siebert, miembro de STScI, quien dirige el análisis espectroscópico de las supernovas Jades. "Históricamente, cada vez que hemos hecho eso, hemos encontrado cosas extremadamente emocionantes, cosas que no esperábamos".
"Debido a que Webb es tan sensible, está encontrando supernovas y otros transitorios en casi todos los lugares a los que apunta", dijo Eiichi Egami, miembro del equipo de JADES y profesor de investigación de la Universidad de Arizona en Tucson. "Este es el primer paso significativo hacia estudios más extensos de supernovas con Webb".
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y sondeando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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