Una extraña estrella en la Vía Láctea tiene la firma de una explosión única de una estrella gigante que existió hace miles de millones de años en la era del amanecer cósmico.
La composición química de la estrella existente conocida como J0931+0038 es tan extraña que sólo puede estar formada por los restos de una estrella enorme, una de al menos 50 veces la masa del Sol, que creó los elementos antes de convertirse en supernova.
Y esto es aún más extraño. Según la teoría, una estrella de esa masa debería haber colapsado directamente en un agujero negro cuando murió: no pasar supernovas, no acumular abundancias de elementos extraños.
“Nunca habíamos visto algo así” dice el astrónomo Alex Ji de la Universidad de Chicago y Sloan Digital Sky Survey (SDSS), quienes dirigieron la investigación.
“Lo que sea que pasó en aquel entonces, debe haber sido increíble. Lo apodamos [the supernova progenitor] la ‘Estrella Barbenheimer’ por su espectacular nucleosíntesis.”
La producción de la mayoría de los elementos del Universo es competencia de las estrellas. Después del Big Bang hace 13.800 millones de años, cuando todo se enfrió lo suficiente como para que se formaran átomos, el espacio se llenó con una sopa compuesta principalmente de hidrógeno y un poco de helio. Este es el material del que nacieron las primeras estrellas.
Pero las estrellas son básicamente fábricas de elementos, con varios métodos distintos para crear nuevos materiales en un proceso conocido como nucleosíntesis. Están impulsados por el proceso de fusión que tiene lugar en sus núcleos, rompiendo átomos para formar elementos más pesados.
Sin embargo, esto se limita al hierro; Fusionar hierro en algo más pesado utiliza más energía de la que crea, por lo que se acabó el juego para la estrella.
A medida que la estrella explota, se crean elementos más pesados en el entorno extremadamente energético de la supernova. Además de los productos de la fusión, estos elementos son expulsados al espacio, donde se incorporan a las generaciones posteriores de estrellas.
La abundancia de sustancias químicas en las estrellas puede decirnos mucho sobre su propia historia. Las estrellas nacidas más recientemente, por ejemplo, tienen mayor abundancia de elementos más pesados que el helio, lo que es una herramienta útil para determinar la edad de una estrella. Y los diferentes elementos pueden hablarnos sobre las estrellas anteriores, aquellas en las que se forjaron originalmente los elementos más pesados.
J0931+0038 es una estrella gigante roja de baja masa que se encuentra en la región aproximadamente esférica del espacio que encierra el disco de la Vía Láctea conocido como halo galáctico. En el halo galáctico se pueden encontrar muchas estrellas muy antiguas y extrañas, por lo que los astrónomos suelen buscar allí pistas sobre el Universo primitivo.
J0931+0038 fue capturado por primera vez por el SDSS en 1999, pero no en color. No fue hasta 2019 que un seguimiento capturó el espectro completo de luz de la estrella, la clave para identificar su composición química, ya que diferentes elementos absorben y reemiten luz en longitudes de onda específicas.
El espectro de J0931+0038 reveló una composición química nunca antes vista. Era sorprendentemente baja en elementos con números impares en la tabla periódica, como el sodio y el aluminio, pero rica en elementos cercanos al hierro, como el níquel y el zinc. Y luego la abundancia de elementos más pesados que el hierro, como el estroncio y el paladio, fue mucho mayor de lo que debería haber sido.
“A veces vemos una de estas características a la vez, pero nunca antes las habíamos visto todas en la misma estrella”. dice la astrónoma Jennifer Johnson de la Universidad Estatal de Ohio.
El equipo descubrió que la mayoría de los metales encontrados en J0931+0038 debían provenir de una única fuente nucleosintética extremadamente pobre en metales: una estrella de 50 a 80 veces la masa del Sol que explotó y arrojó sus entrañas al espacio. y dejó tras de sí una nube de material de la que nació J0931+0038.
Sin embargo, el hecho de que se espere que una estrella tan masiva colapse gravitacionalmente hacia adentro en lugar de explotar hacia afuera es sólo una parte del problema.
“Sorprendentemente, ningún modelo existente de formación de elementos puede explicar lo que vemos”. dice la astrónoma Sanjana Curtis de la Universidad de California, Berkeley, quien codirigió la investigación. “No se trata simplemente de ‘oh, puedes modificar algo aquí y allá y funcionará’; todo el patrón de elementos casi parece contradictorio”.
Es un enigma que, hasta el momento, no tiene respuesta. Sólo encontrar más bichos raros y modelar su formación revelará cómo vivió, murió y dejó sus huellas dactilares la estrella ‘Barbenheimer’ muchos eones después.
La investigación del equipo ha sido aceptada en Las cartas del diario astrofísicoy está disponible en arXiv.