Detectan trazas de una de las primeras estrellas del Universo

Ilustración artística de estrellas masivas de primera generación formando un cúmulo. Las más masivas explotaron y eyectaron material que incluía elementos pesados, particularmente hierro. Crédito: NAOJ.

Una estrella antigua en el halo que rodea la Vía Láctea parece contener trazas del material liberado por la muerte de una de las primeras estrellas del Universo, informa un nuevo estudio.

La huella química de la estrella antigua sugiere que incorporó material expulsado al espacio por una explosión de supernova que marcó la muerte de una enorme estrella en el Universo primitivo; una que pudo haber sido 200 veces más masiva que el Sol.

“El impacto de estrellas muy masivas y sus explosiones en la subsecuente formación de estrellas y galaxias debería ser importante”, dijo a Space.com el autor principal del estudio Wako Aoki, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

Gigantes ocultos

Las primeras estrellas del cosmos, conocidas como estrellas de Población III, se formaron a partir del hidrógeno y helio que dominaba el Universo temprano. En sus núcleos se forjaron otros elementos, mediante fusión nuclear. En el final de sus vidas, las supernovas dispersaron estos elementos hacia el espacio alrededor de ellas, donde el material fue incorporado en las estrellas de la generación siguiente.

Las primeras estrellas masivas del Universo habrían vivido muy poco tiempo, así que para determinar su composición, los científicos deben examinar la constitución de sus hijos; estrellas que se formaron del material distribuido por sus muertes explosivas. Aunque simulaciones numéricas han sugerido que por lo menos algunas de las primeras estrellas deberían haber alcanzado proporciones gigantescas, ninguna evidencia observacional previa había podido confirmar su existencia.

Aoki y un equipo de científicos usaron el Telescopio Subaru en Hawái para llevar a cabo observaciones de seguimiento de una enorme muestra de estrellas de baja masa con bajas cantidades de lo que los astrónomos llaman “metales”; elementos distintos del hidrógeno y helio. Identificaron a SDS J0018-0939, una estrella antigua a solo 1.000 años-luz de la Tierra.

“La baja abundancia de elementos pesados sugiere que esta estrella es muy antigua; de unos 13 mil millones de años”, dijo Aoki. (Los científicos piensan que el Big Bang ocurrió hace aproximadamente 13 mil 800 millones de años.)

La composición química de SDS J0018-0939 sugiere que incorporó material expulsado por una única estrella masiva antigua, en lugar de varios objetos más pequeños. Si múltiples supernovas hubiesen proporcionado el material que construyó la estrella, las “peculiares proporciones de abundancias” en su interior se habrían perdido, dijo Aoki.

Imagen óptica de la estrella SDSS J0018-0939. Crédito: SDSS/NAOJ.

Volker Bromm de la Universidad de Texas, Austin, concuerda diciendo que SDS J0018 probablemente evolucionó del material de una única estrella, la que podría haber tenido más de 200 veces la masa del Sol.

Bromm, quien ha realizado estudios teóricos acerca de las propiedades de la primera generación de estrellas y sus explosiones de supernova, no participó del nuevo estudio.

Las señales de estrellas de baja masa de primera generación han parecido ser más abundantes en sus descendientes, los que contienen grandes cantidades de carbono y otros elementos ligeros, pero hasta la publicación de estos resultados, los científicos no habían detectado trazas de sus hermanas muy masivas. La escasez sugirió que las estrellas de masa baja eran más numerosas en el Universo primitivo.

“Hemos llegado a comprender que las primeras estrellas tenían un rango de masas, desde unas pocas masas solares hasta 100 masas solares, o incluso más”, dijo Bromm a Space.com. “La masa típica, o promedio, se predice que era cercana a unas pocas decenas de masas solares”.

En busca de la primera generación

Las estrellas masivas quemaron su material mucho más rápido que sus parientes de menor masa. Por lo tanto, no deberían existir estrellas de masa alta hoy en día. Pero Aoki sugirió que las más pequeñas aún podrían ser visibles.

“En la Vía Láctea, las estrellas de Población III de masa baja, que tienen vidas suficientemente largas, pueden encontrarse si es que se han formado”, dijo.

Dichas estrellas serían difíciles de detectar. Según Bromm, debido a la expansión del Universo su radiación se habría desplazado hasta el infrarrojo cercano, lo que requiere detectores espaciales sensibles.

“Este es uno de los objetivos principales del Telescopio Espacial James Webb (JWST), previsto para ser lanzado en 2018”, dijo Bromm.

Las estrellas más masivas, como la que precedió a SDS J10018, vivirían poco, así que los científicos tendrían que buscar en los inicios del Universo. Dado que la distancia y el tiempo están relacionados –observar una estrella de 13.000 millones de años de edad necesita que se observe a 13.000 millones de años-luz de distancia- la búsqueda requeriría un telescopio enorme y extraordinariamente sensible, como el futuro Telescopio de Treinta Metros y el Telescopio Gigante de Magallanes.

Ilustración artística de estrellas de nueva generación que se formaron a partir del gas de las estrellas de segunda generación que contenían pequeñas cantidades de elementos pesados. Crédito: NAOJ.

Además de detectar las primeras estrellas, el JWST también debería ser capaz de detectar las supernovas que señalan el final de sus vidas, dijo Bromm.

Detectar el material remanente sería más difícil. Debido a su bajo contenido de metales pesados, las primeras estrellas supermasivas experimentaron un tipo de supernova diferente de las estrellas de hoy. Esas enormes estrellas que experimentaron la explosión de supernova estándar por colapso de núcleo dejarían enormes agujeros negros que podrían haber correspondido a las semillas de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias. Estos agujeros negros, junto con las estrellas de neutrones que también pudieron haberse formado, serían difíciles de detectar.

Aoki espera continuar realizando estudios detallados de la evolución y explosión de las estrellas extremadamente masivas.

El artículo “A chemical signature of first-generation very massive stars” fue publicado en la edición del 22 de agosto de 2014 de la revista Science.

Fuente: SPACE