Posibles primeros rastros de las primeras estrellas del universo – Eurasia Review

Los astrónomos pueden haber descubierto los restos químicos antiguos de las primeras estrellas que iluminaron el Universo. Utilizando un análisis innovador de un quásar distante observado por el telescopio Gemini North de 8,1 metros en Hawái, operado por NOIRLab de NSF, los científicos han encontrado una proporción inusual de elementos que, según ellos, solo podrían provenir de los desechos producidos por el explosión devoradora de una estrella de primera generación de 300 masas solares.

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 mezcla distintiva de elementos pesados. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación diligente por parte de los astrónomos, hasta ahora no ha habido evidencia directa de estas estrellas primordiales.

Mediante el análisis de uno de los cuásares conocidos más lejanos [1] Usando el Telescopio Gemini Norte, uno de los dos telescopios idénticos que componen el Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de NSF, los astrónomos ahora creen que han identificado material residual de la explosión de una estrella en la primera generación. Usando un método innovador para inferir los elementos químicos contenidos en las nubes que rodean al quásar, 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 observado, pero se teorizan como 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 transforman espontáneamente en electrones y positrones, la antimateria homóloga cargada positivamente del electrón. Esta conversión reduce la presión de radiación dentro de la estrella, permitiendo que la gravedad la supere y provoque el colapso y la explosión resultante.

A diferencia de otras supernovas, estos eventos dramáticos no dejan restos estelares, como 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 pruebas. El primero es atrapar una supernova de inestabilidad de pares en el momento en que sucede, lo cual es una coincidencia 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 North de 8,1 metros 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 contienen 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.

Sin embargo, deducir las cantidades de cada elemento presente es un asunto complicado 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, abordaron este problema mediante el desarrollo de un método que utiliza la intensidad de las longitudes de onda en el espectro de un cuásar para estimar la abundancia de 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 la supernova candidata para esto sería una supernova de inestabilidad de pares de una estrella de Población III, en la que toda la estrella explota sin dejar un remanente”, dijo Yoshii. “Estaba encantado y algo sorprendido de descubrir que una supernova de inestabilidad de pares de una estrella con una masa de unas 300 veces la del Sol proporciona una proporción de magnesio a hierro que coincide con el bajo valor que hemos obtenido para el cuásar”.

Ya se han realizado búsquedas de evidencia química de una generación anterior de estrellas de Población III de gran masa entre las estrellas del halo de la Vía Láctea y en 2014 se presentó al menos un intento de identificación. Sin embargo, Yoshii y sus colegas creen que el nuevo resultado proporciona la información más clara. firma de una supernova de inestabilidad de pares basada en la extremadamente baja relación de abundancia de magnesio a hierro exhibida en este cuásar.

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

Pero también podemos encontrar las firmas químicas más cerca de casa. Aunque todas las estrellas de Población III de gran masa se extinguieron 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 inestables de pares de estrellas extintas hace mucho tiempo que aún están impresas en objetos en nuestro universo local.

“Ahora sabemos qué buscar; tenemos una manera”, dijo el coautor Timothy Beers, astrónomo de la Universidad de Notre Dame. “Si sucedió localmente al comienzo del Universo, lo que debería haber ocurrido, esperaríamos encontrar evidencia de ello”.

Observaciones

[1] La luz de este quásar ha estado viajando durante 13.100 millones de años, lo que significa que los astrónomos están observando este objeto tal como aparecía cuando el Universo tenía solo 700 millones de años. Esto corresponde a un corrimiento al rojo de 7.54.