Una estrella que no debiera existir

SDSS J102915+172927, la estrella que no debería existir. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2

Un equipo de astrónomos europeos utilizó el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Cerro Paranal, en Chile, para localizar a una estrella en la Vía Láctea que para mucho no debiera existir. Los científicos descubrieron que esta estrella se compone casi totalmente de hidrógeno y helio, con cantidades muy pequeñas de otros elementos químicos. Esta inusual composición la coloca en la “zona prohibida” de una teoría de formación estelar ampliamente aceptada, lo que implica que esta estrella es prácticamente imposible. Los resultados aparecerán en la edición del 1 de septiembre de 2011 de la revista Nature.

Una tenue estrella en la constelación de Leo, llamada SDSS J102915+172927 [1], resultó ser la que posee la menor cantidad de elementos más pesados que el helio (lo que los astrónomos llaman “metales”) de todas las estrellas estudiadas hasta ahora. Tiene una masa más pequeña que la del Sol y probablemente tiene más de 13 mil millones de años.

“Una teoría ampliamente aceptada predice que las estrellas de este tipo, con poca masa y cantidades extremadamente bajas de metales, no debiera existir, porque las nubes de material en donde se formaron nunca podrían haberse condensado”, [2] dice Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Alemania y el Observatoire de Paris, Francia), autora principal del estudio. “Fue sorprendente encontrar por primera vez una estrella en esta ‘zona prohibida’, y esto significa que tendrán que revisarse algunos de los modelos de formación estelar”.

El equipo analizó las propiedades de la estrella usando los instrumentos X-shooter y UVES del VLT [3]. Esto les permitió medir la abundancia de los diversos elementos químicos presentes en la estrella. Así lograron determinar que la proporción de metales en SDSS J102915+172927 es más de 20 000 veces más pequeña que la del Sol [4] [5].

“La estrella es tenue y tan pobre en metales que sólo pudimos detectar la huella de un elementos más pesados que el helio -calcio- en nuestras primeras observaciones”, dijo Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Francia), quien supervisó el proyecto. “Tuvimos que pedir tiempo adicional de telescopio al Director General de ESO para estudiar la luz de la estrella en mayor detalle y durante un tiempo de exposición prolongado, para tratar de encontrar otros metales”.

Los cosmólogos creen que los elementos químicos más ligeros -como hidrógeno y helio- se crearon poco después del Big Bang, junto con algo de litio [6], mientras que casi todos los demás elementos se formaron posteriormente al interior de las estrellas. Las explosiones de supernova fueron las responsables de esparcir este material estelar hacia el medio interestelar, volviéndolo más rico en metales. Nuevas estrellas se formaron a partir de este medio enriquecido, las que posee una mayor cantidad de metales en su composición que las estrellas más viejas. Por lo tanto, la proporción de metales en una estrella nos indica cuántos años tiene.

“La estrella que estudiamos es extremadamente pobres en metales, lo que significa que es muy primitiva. Podría ser una de las estrellas más antiguas que se ha encontrado”, añade Lorenzo Monaco (ESO, Chile), otro integrante del equipo que realizó el estudio.

Otra sorpresa fue la falta de litio en SDSS J102915+172927. Una estrella tan antigua debiera tener una composición similar a la del Universo poco después del Big Bang, con un poco más de metales en su interior. Sin embargo el equipo encontró que la proporción de litio en la estrella es al menos cincuenta veces menor del esperado en el material producido por el Big Bang.

“Es un misterio cómo el litio que se formó justo después del origen del Universo fue destruido en esta estrella”, agregó Bonifacio.

Los investigadores también señalan que esta inusual estrella probablemente no es única. “Hemos identificado varias estrellas candidatas que podrían tener niveles de metales similares o incluso inferiores a los de SDSS J102915+172927. Ahora estamos planeando observarlas con el VLT para ver si se confirman”, concluye Caffau.

Notas

[1] La estrella está catalogada en el Sloan Digital Sky Survey o SDSS. Los números se refieren a la posición del objeto en el cielo.

[2] Teorías de formación estelar ampliamente aceptadas indican que las estrellas con una masa tan baja como la de SDSS J102915+172927 (alrededor de 0,8 masas solares o menos) sólo podrían haberse formado después de que las explosiones de supernovas hubieran enriquecido el medio interestelar por encima de un valor crítico. Esto debido a que los elementos más pesados actúan como “agentes de enfriamiento”, empujando el calor de las nubes de gas y permitiendo que colapsen para formar estrellas. Sin estos metales, la presión producto del calentamiento sería demasiado fuerte, y la gravedad de la nube sería demasiado débil para vencerla y hacer que la nube colapse. Una teoría en particular identifica al carbono y al oxígeno como los principales agentes de enfriamiento, y en SDSS J102915+172927 la cantidad de carbono es inferior al mínimo considerado necesario para que este enfriamiento sea eficaz.

[3] X-shooter y UVES del VLT son espectrógrafos, instrumentos que se utilizan para separar la luz de objetos celestes en los colores que la componen, permitiendo un análisis detallado de su composición química. X-shooter puede capturar una amplia gama de longitudes de onda en el espectro de un objeto con una sola observación (desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano). UVES es la sigla en inglés del Espectrógrafo Echelle en Ultravioleta y Visible, un instrumento óptico de alta resolución.

[4] La estrella HE 1327-2326, descubierta en 2005, tiene la menor abundancia de hierro conocida, pero es rica en carbono. La estrella recién analizada tiene la proporción más baja de metales considerando todos los elementos químicos más pesados que el helio.

[5] Los telescopios de ESO han estado directamente involucrados en muchos de los descubrimientos de las estrellas más pobres en metales. Algunos resultados anteriores fueron informados en 2002 (ver comunicado en inglés) y 2007 (ver comunicado), y este nuevo descubrimiento muestra que las observaciones con los telescopios de ESO permitieron a los astrónomos avanzar un paso más en la detección de la primera generación de estrellas.

[6] La nucleosíntesis primordial se refiere a la producción de elementos químicos con más de un protón poco después del Big Bang. Esta producción sucedió en un tiempo muy corto, permitiendo sólo la formación de hidrógeno, helio y litio, no así de otros elementos más pesados. La teoría del Big Bang predice, y las observaciones confirman, que la materia primordial está compuesta en un 75% (en masa) de hidrógeno, 25% de helio y algunos rastros de litio.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en el artículo científico “Una estrella de halo muy primitivo”, por Caffau et al. publicado en la edición del 1 de septiembre de 2011 de la revista Nature.

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