Los astrónomos pueden haber descubierto los antiguos restos químicos de las primeras estrellas que iluminaron el universo.

Esta interpretación artística muestra un campo de estrellas de Población III tal como habrían aparecido apenas 100 millones de años después del Big Bang. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva.

Las primeras estrellas probablemente se formaron cuando el universo tenía solo 100 millones de años —menos del uno por ciento de su edad actual—. Estas primeras estrellas, conocidas como Población III, eran tan gigantescas que cuando terminaron sus vidas como supernovas se desgarraron, sembrando el espacio interestelar con una combinación distintiva de elementos pesados. Sin embargo, a pesar de décadas de búsqueda diligente por parte de los astrónomos, hasta ahora no ha habido evidencia directa de estas estrellas primordiales.

Pero eso puede haber cambiado ahora. Al analizar uno de los cuásares más distantes conocidos utilizando el telescopio Gemini Norte —uno de los dos telescopios idénticos que componen el Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de la NSF—, los astrónomos creen que han identificado el material remanente de la explosión de una estrella de primera generación.

Usando un método innovador para deducir los elementos químicos contenidos en las nubes que rodean al cuásar, notaron una composición muy inusual: el material contenía más de 10 veces más hierro que magnesio en comparación con la proporción de estos elementos que se encuentran en nuestro Sol.

Los científicos creen que la explicación más probable para esta sorprendente característica es que el material fue dejado atrás por una estrella de primera generación que explotó como una supernova de inestabilidad de pares. Estas versiones notablemente poderosas de explosiones de supernova nunca se han presenciado, pero se teoriza que son el final de la vida de estrellas gigantes con masas entre 150 y 250 veces la del Sol.

Las explosiones de supernova de inestabilidad de pares ocurren cuando los fotones en el centro de una estrella se convierten espontáneamente en electrones y positrones, la contraparte de antimateria cargada positivamente del electrón. Esta conversión reduce la presión de radiación dentro de la estrella, lo que permite que la gravedad la supere y provoque el colapso y la posterior explosión.

A diferencia de otras supernovas, estos dramáticos eventos no dejan restos estelares —como lo haría una estrella de neutrones o un agujero negro—, y en su lugar expulsan todo su material a su entorno. Solo hay dos formas de encontrar evidencia de ellos. La primera es atrapar una supernova con inestabilidad de pares en el momento en que ocurre, lo cual es una casualidad muy poco probable. La otra forma es identificar su firma química a partir del material que expulsan al espacio interestelar.

Para su investigación, los astrónomos estudiaron los resultados de una observación anterior tomada por el telescopio Gemini Norte utilizando el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS). Un espectrógrafo divide la luz emitida por los objetos celestes en sus longitudes de onda constituyentes, que transportan información sobre los elementos que contienen los objetos. Gemini es uno de los pocos telescopios de su tamaño con el equipo adecuado para realizar este tipo de observaciones.

No obstante, deducir las cantidades de cada elemento presente es una tarea complicada porque el brillo de una línea en un espectro depende de muchos otros factores además de la abundancia del elemento.

Dos coautores del análisis, Yuzuru Yoshii e Hiroaki Sameshima, de la Universidad de Tokio, han abordado este problema mediante el desarrollo de un método para utilizar la intensidad de las longitudes de onda en el espectro de un cuásar para estimar la abundancia de los elementos presentes allí. Fue mediante el uso de este método para analizar el espectro del cuásar que ellos y sus colegas descubrieron la proporción llamativamente baja de magnesio a hierro.

«Era obvio para mí que el candidato a supernova para esto sería una supernova de inestabilidad de pares de una estrella de Población III, en la que la estrella entera explota sin dejar ningún remanente», dijo Yoshii. «Estaba encantado y algo sorprendido de encontrar que una supernova de inestabilidad de pares de una estrella con una masa de unas 300 veces la del Sol tiene una proporción de magnesio a hierro que concuerda con el bajo valor que obtuvimos para el cuásar».

Las búsquedas de evidencia química para una generación anterior de estrellas de Población III de gran masa se han llevado a cabo antes entre las estrellas del halo de la Vía Láctea y al menos se presentó un intento de identificación en 2014. Yoshii y sus colegas, empero, piensan que el el nuevo resultado proporciona la firma más clara de una supernova de inestabilidad de pares basada en la relación de abundancia de magnesio a hierro extremadamente baja que se presenta en este cuásar.

Si esto es evidencia de una de las primeras estrellas y de los restos de una supernova de inestabilidad de pares, este descubrimiento ayudará a completar nuestra imagen de cómo la materia en el universo evolucionó hasta convertirse en lo que es hoy, incluidos nosotros. Para probar esta interpretación más a fondo, se requieren muchas más observaciones para ver si otros objetos tienen características similares.

La historia paso a paso de cómo los astrónomos pudieron haber descubierto los antiguos restos químicos de las primeras estrellas que iluminaron el universo. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine.

Pero es posible que también podamos encontrar las firmas químicas más cerca de casa. Aunque las estrellas de Población III de gran masa se habrían extinguido hace mucho tiempo, las huellas químicas que dejan en el material expulsado pueden durar mucho más y aún pueden persistir en la actualidad. Esto significa que los astrónomos podrían encontrar las firmas de explosiones de supernovas de inestabilidad de pares de estrellas desaparecidas hace mucho tiempo que aún están impresas en objetos en nuestro universo local.

«Ahora sabemos qué buscar; tenemos un camino», dijo el coautor Timothy Beers, astrónomo de la Universidad de Notre Dame. «Si esto sucedió localmente en el universo primitivo —lo que debería haber sucedido—, entonces esperaríamos encontrar evidencia de ello».

Fuente: NOIRLab. Edición: MP.

Sin comentarios
Etiquetas: , , , , , ,

¿Te gustó lo que acabas de leer? ¡Compártelo!

Facebook Reddit Twitter WhatsApp Pinterest Email

Artículos Relacionados

 0 comentarios
Sin comentarios aún. ¡Sé el primero en dejar uno!
Dejar un comentario