Una colaboración internacional, liderada por Ángela Adamo de la Universidad de Estocolmo y el Centro Oscar Klein de Suecia, ha descubierto cinco cúmulos estelares gravitacionalmente ligados en una galaxia cuya luz fue emitida cuando el universo apenas tenía 460 millones de años, gracias a las observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST – NASA/ESA/CSA). Este descubrimiento, publicado en la revista Nature, ha contado con la participación de miembros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), específicamente del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y del Instituto de Física de Cantabria (IFCA-CSIC-UC).

Yolanda Jiménez, investigadora postdoctoral del IAA-CSIC y coautora del trabajo, explicó que estas estructuras son los cúmulos estelares más antiguos jamás detectados y podrían ser precursores de los cúmulos globulares que actualmente observamos en nuestra galaxia. José M. Diego, investigador científico del IFCA-CSIC-UC y también coautor del artículo, añadió que este descubrimiento demuestra cómo, gracias al James Webb, estamos desvelando las etapas más tempranas de nuestro universo.

La observación directa de estas estructuras no habría sido posible sin la ayuda de las lentes gravitacionales, que son grandes acumulaciones de materia que se interponen en nuestra línea de visión de galaxias distantes y actúan como «lupas» que magnifican los objetos detrás de ellas, a veces distorsionando su imagen en forma de arco. En este caso, el cúmulo galáctico SPT-CL J0615−5746 fue el responsable de magnificar la luz de una galaxia denominada arco Gemas Cósmicas (Cosmic Gems arc), procedente de las primeras etapas de formación del universo.

Esta lejana galaxia ya había sido descubierta previamente por la colaboración RELICS utilizando datos del telescopio espacial Hubble, pero ha sido gracias al James Webb que se ha podido desvelar su fascinante estructura. Las observaciones del James Webb, con su extraordinaria resolución y sensibilidad, revelaron la presencia de cinco puntos compactos distribuidos a lo largo del arco Gemas Cósmicas, como si se tratara de un collar de perlas. Estas cinco ‘Gemas’ aparecían duplicadas de forma casi simétrica en el otro extremo del arco, señal inequívoca de que eran puntos donde el poder de magnificación del cúmulo lente era máximo.

Detalle de los cúmulos estelares en el arco de las Gemas Cósmicas
Detalle de los cúmulos estelares en el arco de las Gemas Cósmicas. Crédito: L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm University) and the Cosmic Spring collaboration / ESA/Webb, NASA & CSA

Un análisis exhaustivo y detallado de estas diminutas estructuras reveló que se trata de cúmulos estelares, sistemas de estrellas gravitacionalmente ligadas en los cuales no podemos resolver sus miembros individuales. Los cúmulos observados en el arco Gemas Cósmicas presentan densidades estelares significativamente más altas y tamaños mucho más pequeños que los cúmulos estelares jóvenes típicos observados en galaxias cercanas.

Estas características sugieren que estos cúmulos estelares recién descubiertos podrían ser los precursores de los cúmulos globulares que actualmente observamos en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Los cúmulos globulares son agrupaciones de miles o decenas de miles de estrellas viejas ligadas gravitacionalmente, dispersos por el halo de la Vía Láctea y algunos con edades comparables a las de la propia galaxia. Yolanda Jiménez señaló que este resultado es de gran importancia, ya que actualmente desconocemos el origen de los cúmulos globulares, y el descubrimiento de las Gemas proporciona por primera vez una escala temporal a su formación y revela sus propiedades físicas iniciales. Las Gemas, además, son responsables de la mayor parte de la emisión ultravioleta de la galaxia donde se encuentran y son, por tanto, una de las principales fuentes de reionización del universo temprano.

La participación del CSIC en este descubrimiento ha sido crucial. Desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) se ha desarrollado un algoritmo necesario para el análisis de la luz procedente de las Gemas, lo cual es muy complejo debido a la necesidad de separar esta luz de otras fuentes contaminantes. José M. Diego, del IFCA-CSIC-UC, añadió que es necesario contar con un modelo del efecto lente gravitatoria para entender la magnificación del arco, y que una de las cuestiones aún por resolver es por qué solo se ven cinco imágenes dobles cuando se esperaban seis. Una posible explicación es la presencia de una galaxia enana, no detectada por el James Webb, con un poder de magnificación menor.

Nuevas observaciones con el telescopio espacial James Webb están programadas para 2025, con el objetivo de estudiar en profundidad este interesante arco y sus cúmulos globulares, prometiendo revelar algunos de los secretos mejor guardados sobre la formación del universo.

FUENTES

Universidad de Cantabria

European Space Agency (ESA)

Adamo, A., Bradley, L.D., Vanzella, E. et al. Bound star clusters observed in a lensed galaxy 460 Myr after the Big Bang. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586-024-07703-7

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