No sabemos cómo eran las primeras estrellas del Universo. Mirando hacia los confines distantes del Universo primitivo, solo hemos visto rastros de su presencia.
Pero una nueva línea de evidencia rastreada en imágenes del Telescopio Espacial James Webb parece estar de acuerdo con una idea reciente que está ganando terreno: que poco después de la aparición de las primeras estrellas, si no entre ellas, eran bolas de calor impulsadas por fusión. y furia que eran colosos absolutoscon masas de hasta 10.000 soles.
“Hoy, gracias a los datos recogidos por el Telescopio Espacial James-Webb, creemos haber encontrado una primera pista de la presencia de estas extraordinarias estrellas”, dice la astrofísica Corinne Charbonnel de la Universidad de Ginebra en Suiza.
La primera pieza de este rompecabezas es un tipo de grupo de estrellas llamado cúmulo globular. Estos son relativamente abundantes en el Universo local; hay alrededor 157 objetos clasificados como cúmulos globulares en la Vía Láctea. Son cúmulos esféricos muy densos que contienen entre 100.000 y 1 millón de estrellas; y todas esas estrellas tienen propiedades químicas muy similares, lo que sugiere que nacieron más o menos al mismo tiempo, de la misma nube de gas.
También consisten a menudo en estrellas muy antiguas a las puertas de la muerte; Los astrónomos consideran estos antiguos cúmulos globulares como “fósiles” del Universo primitivo y los estudian para aprender sobre la química de eones pasados.
Pero hay algo realmente peculiar en estos cúmulos globulares más antiguos. Exhiben proporciones de abundancia química que varían de una estrella a otra y son difícil de explicar: un enriquecimiento de helio, nitrógeno y sodio, y un agotamiento relativo de carbono y oxígeno.
La explicación que mejor se ajusta a estas abundancias es la quema de hidrógeno a temperaturas extremadamente altas. En 2013, los investigadores sugirieron que una posible forma de alcanzar esas altas temperaturas es en el núcleos de estrellas masivas
Charbonnel y su colega Mark Gieles, anteriormente en la Universidad de Surrey pero ahora en la Universidad de Barcelona, en España, luego determinado en 2018 que era posible que el viento estelar emitido por estas estrellas “contaminara” el medio interestelar de los cúmulos globulares con estos elementos. Mientras tanto, las colisiones en curso con estrellas más pequeñas repusieron la masa de la estrella. Cualquier estrella nacida del material interestelar contaminado heredaría la abundancia química sembrada por las estrellas supermasivas en el Universo primitivo.
Desafortunadamente, esas viejas estrellas contaminantes están muertas hace mucho tiempo, la luz de los cúmulos cercanos se ha desvanecido hace mucho tiempo.
“Los cúmulos globulares tienen entre 10 y 13 mil millones de años, mientras que la vida máxima de las superestrellas es de dos millones de años”. Gieles dice
Está todo muy limpio y ordenado; pero se requería más evidencia observacional. Y luego, el JWST echó un vistazo a una galaxia muy, muy lejana: GN-z11, que acecha solo 440 millones de años después del Big Bang, cuya luz recién ahora nos llega después de un viaje de 13.300 millones de años a través del espacio en expansión.
Conocemos el GN-z11 desde hace un pocos añospero se necesitó JWST, el telescopio espacial más poderoso jamás construido, para analizar el espectro de luz que nos ha enviado a través del espacio y el tiempo.
Los datos que llegaron resultaron ser bastante extraños. El medio interestelar de GN-z11 está sustancialmente enriquecido en nitrógeno en comparación con el oxígeno, con una proporción de abundancia que es más de cuatro veces la del Sol… curiosa, si coherente con la formación de cúmulos globulares han señalado los astrónomos.
Charbonnel y sus colegas realizaron un análisis y modelado exhaustivos y descubrieron que las estrellas gigantes entre alrededor de 1000 y 10 000 masas solares que se formaron a través de colisiones descontroladas de objetos más pequeños pueden explicar consistentemente las proporciones de abundancia, no solo en los cúmulos globulares, sino también en GN-z11 como Bueno.
“La fuerte presencia de nitrógeno solo puede explicarse por la combustión de hidrógeno a temperaturas extremadamente altas, que solo el núcleo de las estrellas supermasivas puede alcanzar, como lo muestran los modelos de Laura Ramírez-Galeano, estudiante de maestría en nuestro equipo”. Charbonnel explica.
La evidencia está lejos de ser concluyente, pero nos dice dónde buscar más información. Los investigadores esperan obtener más datos sobre las primeras galaxias de JWST, buscando pistas similares que puedan ayudarnos a identificar estas primeras estrellas chonker. A su vez, esto podría ayudar a resolver otros misterios, como cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el Universo primitivo y cómo eran las primeras estrellas del Universo.
“Si el escenario de estrellas supermasivas puede confirmarse mediante estudios futuros, esto proporcionaría un paso importante para nuestra comprensión de los cúmulos globulares y para la formación de estrellas supermasivas en general, con numerosas implicaciones importantes”. los investigadores escriben.
“En cualquier caso, las propiedades peculiares de GN-z11 recién reveladas por JWST exigen más estudios para comprender los procesos físicos en curso en objetos tan extremos en el Universo primitivo, y su posible conexión con la formación de globulares, estrellas supermasivas, potencialmente también agujeros negros supermasivos, entre otros”.
La investigación ha sido publicada en Astronomía y Astrofísica.