Las estrellas huérfanas que vagan entre las galaxias como "almas perdidas"

Luz intracumular en dos cúmulos de galaxias en imágenes captadas por el telescopio espacial Hubble
Cúmulos de galaxias MOO J1014+0038 (izq) y SPT-CL J2106-5844 (der). El color azul, agregado artificialmente en base a datos del telescopio espacial Hubble, muestra la luz de las estrellas errantes.

Van a la deriva en el universo "como almas perdidas", según la NASA.

Y la luz que emiten es tan tenue que la agencia espacial estadounidense la describe como "una neblina fantasmal".

Estamos hablando de estrellas, pero a diferencia de las más conocidas, no habitan en una galaxia.

Estas estrellas deambulan por cúmulos que incluyen a miles de galaxias. Y lo han hecho durante miles de millones de años, según un nuevo estudio realizado con imágenes del telescopio espacial Hubble.

¿Pero cómo llegaron las estrellas errantes a ser arrancadas de sus hogares originales?

Estudiar estas "almas perdidas" es clave, según la astrónoma española Mireia Montes, del Instituto de Astrofísica de Canarias.

Montes investiga la débil luz que emiten las estrellas vagabundas, llamada luz intracumular.

Y según le explicó a BBC Mundo, este brillo tenue puede revelar no solo la estructura de los cúmulos de galaxias, sino la naturaleza de uno de los objetos más misteriosos del universo: la materia oscura.

Qué son las estrellas errantes

"En los cúmulos de galaxias, que son las estructuras más grandes que están ligadas por la gravedad, las galaxias, que pueden ser entre cientos y miles de ellas, están en un espacio astronómicamente pequeño", señaló Montes.

La científica explicó que al estar tan juntas, las galaxias interaccionan gravitacionalmente entre sí y en esas interacciones algunas estrellas de estas galaxias son arrancadas de sus casas y acaban habitando el espacio intergaláctico.

Montes compara estas interacciones a las fuerzas de marea entre la Tierra y la Luna.

"La Tierra, al sentir esa fuerza de marea no se nota mucho salvo porque el mar sube. Pero en el caso de las galaxias, que no son sólidas, estas fuerzas van arrancando estrellas de estas galaxias".

Con el tiempo, las interacciones crean una luz muy difusa, que es lo que llamamos luz intracumular.

"Yo lo veo un poco, salvando las distancias, como cuando escribes en una pizarra con una tiza. Se va liberando poco a poco ese polvillo gracias a la fricción de la tiza con la pizarra".

Luz intracumular (en blanco y negro) del cúmulo SMACS-J0723.3-7327 en una imagen del telescopio espacial James Webb
Imagen de la luz intracumular del cúmulo SMACS-J0723.3-7327 obtenida con la cámara NIRCAM a bordo del telescopio espacial James Webb y procesada por Mireia Montes e Ignacio Trujillo del Instituto de Astrofísica de Canarias. Las galaxias se destacan en color y la tenue luz entre las galaxias (en blanco y negro).

La tenue luz de las estrellas errantes

Las estrellas vagabundas son en su mayoría similares a nuestro Sol, explicó Montes.

Pero debido a que están tan dispersas, su brillo es muy tenue, alrededor de un 1% o menos que el brillo del cielo más oscuro que tenemos en la Tierra.

"Si vamos a un observatorio profesional, como los de Chile o los de Canarias, el cielo es el más oscuro ya que intentamos siempre evitar cualquier contaminación lumínica".

"¡Pues imagina que esta luz es un 1% o menos de ese cielo tan oscuro!".

El nuevo estudio con datos del Hubble se centró en 10 cúmulos de galaxias situados a una distancia de casi 10.000 millones de años luz.

La investigación reveló que la fracción de la luz intracumular en relación con la luz total del cúmulo se ha mantenido constante a lo largo de miles de millones de años.

Y esto significa que "estas estrellas ya no tenían hogar en las primeras etapas de la formación del cúmulo", según uno de los autores del estudio, James Jee, de la Universidad Yonsei en Seúl, Corea del Sur.

Mireia Montes
La astrónoma Mireia Montes, del Instituto de Astrofísica de Canarias, usa imágenes muy profundas del universo para investigar la formación y evolución de las galaxias y buscar pistas sobre la misteriosa materia oscura.

Qué revela esta luz sobre la materia oscura

La astrónoma explicó que el estudiar las propiedades de la luz intracumular, así como la edad de las estrellas y la cantidad de metales que tienen, aporta información sobre la historia del cúmulo.

"Lo que estudiamos en el cielo es muy estático, solo tenemos fotos en ese instante de lo que le está pasando al objeto que estudiamos".

"En cambio, al estudiar esta luz intracumular es como tener un documento del pasado del cúmulo", agregó.

La luz intracumular ofrece también pistas sobre la misteriosa materia oscura.

Esta materia, que según estimaciones constituye cerca de una cuarta parte de toda la materia del cosmos, no puede ser observada directamente porque no absorbe, refleja ni emite luz.

Pero los científicos saben que existe por los efectos que produce sobre objetos que sí pueden ser observados.

En 1997, una imagen del Hubble reveló cómo la luz de un cúmulo de galaxias distante era curvada al pasar por otro cúmulo delante de ella, un efecto conocido como lente gravitacional.

Los científicos estimaron que la masa del cúmulo en el primer plano de la imagen debía ser 250 veces mayor al de la materia visible del cúmulo para curvar la luz de esa forma, y creen que la materia oscura da cuenta de esa masa inexplicable.

Cúmulo SDSS J1038+4849 captado por el Hubble
Cúmulo SDSS J1038+4849 captado por el Hubble. En lo que parece un rostro sonriente en el centro de la imagen, los dos "ojos" son galaxias muy brillantes y la "sonrisa" es un arco de luz causado por el efecto de lente gravitacional. El cúmulo distorsiona y curva la luz de objetos que están detrás.
Telescopio espacial Hubble
El telescopio espacial Hubble capta luz visible y una porción de ondas de luz ultravioleta e infrarroja.

En el caso de las estrellas errantes, Montes y otros autores demostraron en 2019 que la luz de estas estrellas sigue la distribución de materia oscura en los cúmulos de galaxias.

"Piensa que estas estrellas no están ligadas a galaxias, que forman una luz difusa y extendida. Además, están flotando siguiendo la gravedad del cúmulo. En estas estructuras hay alrededor de 300 veces más masa en materia oscura que masa en estrellas".

"Por eso esta luz es tan buena trazadora de la materia oscura, ya que vive en las partes del cúmulo donde la materia oscura domina".

Esto tiene repercusiones importantes, según la astrónoma.

Imagen del cúmulo Abell 85
Imagen del cúmulo Abell 85 obtenida con la cámara Hyper Suprime-Cam en el Telescopio Subaru en Mauna Kea (Hawaii) y procesada por Mireia Montes y colaboradores.

"Normalmente se sabe cómo se distribuye la masa en cúmulos gracias a que son lentes gravitacionales. Es decir, deforman y hacen más brillantes las cosas que tienen detrás. Por eso se suelen usar para ver el universo lejano, ya que facilitan ver estas galaxias tan lejanas".

"Pero si queremos conocer las propiedades reales de estos objetos necesitamos conocer cómo es esta lente, el cúmulo de galaxias, y cómo distorsiona la imagen real de la galaxia lejana".

Ello requiere técnicas más complejas como modelado y espectroscopía. Sin embargo, usando la luz intracumular sólo es necesario "tomar una foto" muy profunda de estos objetos.

Ilustración del telescopio espacial James Webb
Se espera que el telescopio espacial James Webb permita grandes avances en el estudio de la débil luz intracumular.

Montes señaló que aún hay muchas cosas que no sabemos sobre la luz intracumular: cómo evoluciona con el tiempo, cómo la masa del cúmulo se relaciona con la cantidad de esta luz".

Otro interrogante, agregó la científica, es cómo la distribución de masa en cúmulos de galaxias se relaciona con la naturaleza misma de la materia oscura.

Se espera que el telescopio espacial James Webb, cuyas primeras imágenes fueron divulgadas en julio de 2022, permita grandes avances en el estudio de la luz intracumular.

"Creemos que el James Webb va a ser revolucionario en muchos aspectos de la astronomía, y en este caso en la luz intracumular", explicó Montes a BBC Mundo.

El telescopio James Webb es más grande que el Hubble y por ello es más eficiente al observar objetos más débiles porque puede recolectar más luz en menos tiempo, señaló la astrónoma.

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