27 Jun Roman podría llegar a detectar «estrellas oscuras»

De existir, las «estrellas oscuras» serían demasiado débiles y distantes para que los telescopios actuales las detectaran. Pero el telescopio espacial Nancy Grace Roman, anteriormente llamado WFIRST, podría ser lo suficientemente potente como para encontrarlas.

Las primeras estrellas del Universo eran muy diferentes a las estrellas que vemos en la actualidad, ya que estaban hechas puramente de hidrógeno y helio, sin elementos más pesados que las ayudaran a generar energía en su núcleo.

Como resultado, probablemente eran cientos de veces más masivas que el Sol, pero algunas de las primeras estrellas pueden haber sido aún más extrañas.

En el Universo primitivo, la materia oscura podría haber estado más concentrada de lo que está ahora, y puede haber alimentado extraños objetos estelares conocidos como «estrellas oscuras».

Extrañas «estrellas oscuras»

Dado que la materia oscura y la materia regular actúan de manera similar bajo la gravedad, los cúmulos de materia oscura en el Universo primitivo podrían haber acumulado nubes de hidrógeno y helio a su alrededor.

Al colapsar estas nubes bajo su propio peso, la materia oscura en el núcleo podría haber generado energía. En algunos modelos de materia oscura, las partículas pueden aniquilarse para producir rayos gamma y neutrinos.

Estas partículas de alta energía evitarían que la nube colapsara, de forma similar a como la fusión nuclear evita el colapso de una estrella regular.

Estas «estrellas oscuras» podrían ser gigantescas, con un diámetro de decenas de miles, incluso cientos de miles de veces mayor que el Sol. Pero habrían sido tenues y de bastante baja densidad.

Roman y Webb: un equipo ganador

El lanzamiento del telescopio Roman está programado para mayo de 2027. Será un telescopio infrarrojo de gran campo, muy adecuado para explorar el borde oscuro y distante del cosmos.

Según un artículo reciente publicado en el servidor de preimpresión arXiv, Roman podría observar estrellas oscuras supermasivas con masas superiores a 100.000 masas solares, pero las estrellas oscuras de este tamaño probablemente no eran comunes.

Una mejor estimación es que las estrellas oscuras tendrían alrededor de 10.000 masas solares. Así que, con la ayuda de lentes gravitacionales, Roman podría ser capaz de ver una estrella oscura de 100.000 masas solares, pero los autores proponen un método mejor: combinar las observaciones de Roman con el Telescopio Espacial James Webb.

Se trata de identificar candidatas a estrellas oscuras usando Roman, con el entendimiento de que las observaciones fotométricas no podrán distinguir las estrellas oscuras de las pequeñas galaxias jóvenes.

Una característica que distingue a las galaxias de las estrellas oscuras es que estas últimas deberían mostrar una línea de emisión de helio conocida como λ1640, que Webb puede detectar.

Por lo tanto, Roman es más adecuado para encontrar candidatos y Webb puede confirmarlos. Un excelente ejemplo de cómo las fortalezas de diferentes telescopios pueden complementarse entre sí.

Agujeros negros supermasivos

Si este enfoque tiene éxito en la próxima década, podría ayudar a los astrónomos a comprender un misterio cosmológico diferente, el de los agujeros negros supermasivos.

Todavía no entendemos cómo pudieron formarse tan rápidamente agujeros negros tan masivos en el Universo primitivo, pero una idea es que pueden haber sido alimentados por estas estrellas oscuras.

Como sus núcleos de materia oscura dejaron de generar energía, estas estrellas pueden haber colapsado lo suficientemente rápido como para formar un agujero negro masivo, que podría convertirse en un agujero negro supermasivo con el tiempo. Aún tenemos mucho que aprender de la tenue luz de una estrella oscura.

El telescopio Nancy Grace Roman

El Telescopio Espacial Roman es un observatorio de la NASA diseñado para resolver cuestiones esenciales en los campos de la energía oscura, exoplanetas y astrofísica de infrarrojos. Tendrá una vida útil de misión principal de 5 años, con una potencial misión extendida de 5 años.

El telescopio tiene un espejo principal de 2,4 metros de diámetro y es del mismo tamaño que el espejo principal del telescopio espacial Hubble y tendrá dos instrumentos, el Instrumento de Gran Campo y la demostración de tecnología del Instrumento Coronógrafo:

• El instrumento de gran campo tendrá un campo de visión 100 veces mayor que el instrumento infrarrojo Hubble, capturando una mayor parte del cielo con menos tiempo de observación. Como instrumento principal, el instrumento de gran campo medirá la luz de mil millones de galaxias en el transcurso de la vida útil de la misión. Realizará un estudio empleando microlentes gravitacionales del interior de la Vía Láctea para encontrar ~2.600 exoplanetas.
• La demostración de tecnología del instrumento Coronógrafo efectuará imágenes de alto contraste y espectroscopia de exoplanetas cercanos individuales.

Ampliando nuestra visión

Roman podrá capturar un área 100 veces más grande que el Hubble en una sola imagen. Esto le permitirá ejecutar estudios de campo amplio con una resolución espacial, que será el modo de funcionamiento principal del observatorio.

“A diferencia de Hubble y Webb, Roman es ante todo una misión de investigación”, explicó el científico interino de la misión SOC John MacKenty de STScI. “Nuestro papel es ayudar a recopilar información de la comunidad astronómica, preparar esos estudios para que la comunidad pueda hacer ciencia y brindar a la comunidad las herramientas que necesitan para hacer sus investigaciones”.

Las investigaciones de Roman generarán montañas de datos, creando nuevos desafíos para los científicos que buscan analizar esos datos. Como resultado, STScI prioriza el uso de la informática basada en la nube para el procesamiento de los datos de Roman.

“En lugar de enviar los datos al astrónomo, estamos llevando al astrónomo a los datos”, dijo el ingeniero de sistemas de misión del SOC, Chris Hanley, de STScI.

Todos los datos recopilados por el Roman serán accesibles a través del archivo «Bárbara A. Mikulski for Space Telescopes» (MAST) en STScI. Esos datos estarán disponibles públicamente a los pocos días de las observaciones, una novedad para una misión insignia de astrofísica de la NASA.

Dado que los científicos de todo el mundo tendrán acceso rápido a los datos, podrán descubrir y seguir rápidamente fenómenos de corta duración, como las explosiones de supernovas.

La investigación científica de Roman

El Roman Space Telescope habilitará nuevas ciencias en todas las áreas de la astrofísica. Puede buscar planetas, cometas y asteroides enanos en nuestro sistema solar. Obtendrá imágenes de estrellas a lo largo de nuestra propia galaxia para medir su estructura e investigar su historia de formación.

También examinará los lugares de nacimiento de las estrellas, viveros gigantes de gas y polvo que el gran campo de visión de Roman podrá captar vez en alta resolución.

Al mirar profundamente a amplias franjas de secciones aparentemente en blanco del cielo, Roman obtendrá imágenes de alta resolución de un número sin precedentes de galaxias.

Trazará un mapa de la distribución de la materia oscura dentro de grandes cúmulos de galaxias y descubrirá miles de galaxias con corrimientos al rojo muy altos, lo que proporcionará las herramientas para estudiar cómo cambian las galaxias a lo largo del tiempo cósmico.

Los estudios de Roman brindarán nuevos conocimientos sobre la historia y la estructura del universo, incluida la misteriosa “energía oscura” que hace que el espacio se expanda cada vez más rápido.

Este nuevo y poderoso observatorio también se cimentará sobre la amplia base de trabajo iniciada con el Hubble y otros observatorios como Kepler/K2 y el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en planetas fuera de nuestro sistema solar.

Descubrirá miles de exoplanetas utilizando su cámara de gran campo. Su instrumento Coronógrafo llevará a cabo una demostración de tecnología y, dependiendo de su rendimiento, podrá proporcionar estudios de las atmósferas de planetas gaseosos gigantes que orbitan otras estrellas.

Fuente: Nancy Grace Roman space telescope could detect supermassive dark stars