Estrellita, ¿dónde estás?… ¡muy lejos!

Título Original: «Microlensing at Cosmological Distances: Event Rate Predictions in the Warhol Arc of MACS 0416«
Autores/as: J.M. Palencia, J.M. Diego, L. Dai, M. Pascale, R. Windhorst, A. M. Koekemoer, Sung Kei Li, B. J. Kavanagh, Fengwu Sun, Amruth Alfred, Ashish K. Meena, Thomas J. Broadhurst, Patrick L. Kelly, Derek Perera, Hayley Williams, Adi Zitrin.

Fecha de publicación: 9 de abril de 2025
Estado del artículo: Borrador publicado en arXiv.

¿Puede una estrella aparecer de la nada, brillar con fuerza y desaparecer sin dejar rastro?

Gracias a telescopios como el Hubble y el James Webb, hoy podemos ver estrellas que, de otro modo, estarían fuera de nuestro alcance. Se encuentran a miles de millones de años luz, tan lejos que su luz sería imperceptible. Pero durante unos días, semanas o incluso años, su brillo se multiplica lo suficiente como para hacerse visibles. No es que exploten ni cambien, sino que la gravedad, actuando como una lupa cósmica, las amplifica momentáneamente.

Cúmulos de galaxias como lentes gravitacionales

Imaginemos que una galaxia muy lejana —tan lejana que su luz ha estado viajando desde antes que se formara el Sol— se alinea justo detrás de un cúmulo de galaxias más cercano. Ese cúmulo, con toda su masa, curva el espacio-tiempo a su alrededor: actua como un lente gravitacional.

En ciertos puntos del plano fuente, conocidos como cáusticas, una estrella de fondo puede alinearse de forma tal que su luz se amplifique de manera extrema. Esa amplificación se traduce, en el plano de la lente, en la aparición de un par de imágenes muy cercanas a la curva crítica. Estas dos imágenes, ubicadas a cada lado de esa línea crítica, son casi gemelas y están fuertemente magnificadas. Todo ocurre por la geometría del lente gravitacional, que en esas zonas lleva al límite la amplificación de la luz.

Pero la cosa se pone aún más interesante. Dentro del cúmulo de galaxias hay otras cosas: estrellas sueltas, cúmulos globulares, quizás pequeños grupos (halos) de materia oscura. Cada una de estas masas pequeñas también curva la luz, actuando como mini lentes generando pequeñas redes de “microcaústicas”, regiones diminutas en las que la luz se amplifica aún más.

Cuando la estrella de fondo cruza una de estas zonas, su brillo se eleva de manera dramática. Lo suficiente como para que telescopios como el JWST la capten, aunque sea por poco tiempo.

El caso de Warhol

Una galaxia con nombre pop —Warhol— se encuentra justo en el lugar correcto para este tipo de fenómeno. Está detrás del cúmulo MACS J0416, y su luz fue emitida hace aproximadamente 8 mil millones de años. Su forma estirada, como una mancha de acuarela, nos indica que está siendo amplificada por lente gravitacional. Ya se han observado más de una docena de estrellas que parpadearon brevemente en esa galaxia.

Un nuevo estudio buscó ir más allá: ¿podemos predecir cuántas estrellas más podríamos detectar ahí? ¿En qué zonas del arco? ¿En qué colores (filtros) del telescopio?

Para eso, los autores del artículo original combinaron los datos de Hubble y JWST, eliminaron la luz que contamina la imagen (como la de la galaxia central del cúmulo), agruparon las regiones similares del arco de Warhol, y analizaron sus colores para estimar cuántas estrellas hay, de qué tipos, y cómo se distribuyen. Luego usaron modelos de lente gravitacional y de microlentes para calcular dónde y con qué probabilidad esas estrellas podrían brillar lo suficiente como para ser detectadas por JWST

El modelo predice que deberían verse al menos una o dos estrellas magnificadas por imagen, algo que coincide con lo que ya se ha observado. Las zonas más cercanas a la curva crítica son las más activas, pero si hay muchas microlentes —por ejemplo, si hay materia oscura compacta como agujeros negros pequeños— el patrón cambia: hay menos eventos justo en el borde y más en zonas más alejadas.

Además, descubrieron que algunas regiones deberían mostrar más eventos en los colores “azules” del telescopio que en los rojos. Pero en la práctica, ocurre lo contrario. ¿Por qué? Podría ser que haya muchas supergigantes rojas en esa galaxia —estrellas frías pero brillantes— que no fueron tomadas en cuenta del todo en el modelo. O podría haber regiones con formación estelar más compleja de lo que se asumía.

Estos destellos no son solo curiosidades astronómicas. Cada uno nos da información sobre la estructura del universo. Nos ayuda a saber cómo se distribuye la materia, incluyendo la materia oscura que no podemos ver directamente. También nos permite estudiar estrellas individuales en galaxias tan lejanas que, sin lente gravitacional, serían invisibles.