Impresión artística de un campo de estrellas de Población III 100 millones de años después del Big Bang
NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/motor espacial/M. Zamaní
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está permitiendo a los astrónomos examinar galaxias distantes en los confines del universo temprano por primera vez. Algunas de ellas tienen firmas químicas que parecen apuntar a estrellas supermasivas exóticas con masas de hasta 10.000 veces la del sol.
Estos gigantes son extraños porque, para las estrellas del universo cercano, parece haber un límite de tamaño innato. «Todos nuestros modelos de evolución de las galaxias… se basan en el hecho de que las estrellas no pueden tener más masa que 120 masas solares aproximadamente», dice Devesh Nandal en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Massachusetts. «Ha habido, por supuesto, ideas teóricas que exploran estrellas… más masivas que eso, pero nunca ha habido una observación real que uno pueda señalar».
Es decir, hasta ahora. Nandal y sus colegas examinaron Observaciones JWST de una galaxia distante llamada GS 3073 y encontró cantidades inusualmente altas de nitrógeno en sus firmas químicas. Esto no es del todo anómalo: se han observado altos niveles de nitrógeno en varias otras galaxias a distancias similares.
Sin embargo, en la mayoría de las otras galaxias, los niveles de nitrógeno no son lo suficientemente altos como para causar confusión: ciertos tipos de estrellas relativamente normales y otros eventos cósmicos pueden explicarlos. Ese no es el caso del GS 3073, afirma Nandal. Simplemente tiene demasiado nitrógeno.
Existe un tipo particular de estrella primordial hipotética, llamada Estrella de población IIIque los modelos indican que podría crecer enormemente. Cuando estas estrellas lo hacen, las simulaciones también muestran que deberían formar mucho más nitrógeno que las estrellas normales. Nandal y sus colegas calcularon que sólo unas pocas estrellas de Población III con masas entre 1.000 y 10.000 veces la del Sol podrían explicar el exceso de nitrógeno en GS 3073. «Nuestro trabajo muestra la evidencia más sólida hasta la fecha de estrellas supermasivas de Población III en el universo temprano», dice.
Sin embargo, algunos otros investigadores se preguntan si las estrellas supermasivas de Población III son las únicas que se ajustan a los datos, o si encajan del todo bien. «La población III debe estar asociada a un entorno casi prístino» sin muchos elementos más pesados que el helio, dice Roberto Maiolino en la Universidad de Cambridge. «Por el contrario, GS 3073 es químicamente una galaxia bastante madura. Por lo tanto, no parece coincidir con el tipo de entorno en el que se espera encontrar la Población III».
Sin embargo, esto puede ser simplemente una galaxia extraña, dice. Juan Regan en la Universidad de Maynooth en Irlanda. «Cuando tenemos observaciones del universo temprano, todo lo que vemos son galaxias realmente extrañas y exóticas. Así que es difícil darse la vuelta y decir que sí, pero no espero que se formen estrellas supermasivas porque sería demasiado extraño. Bueno, acabas de decir que son realmente extrañas», dice.
Si estas estrellas colosales realmente existen, podría ayudar a los investigadores a comprender los orígenes de agujeros negros supermasivosque existen en el universo mucho antes de lo que deberían. Si se formaran a partir de estrellas supermasivas en lugar de estrellas normales, eso les daría una ventaja, lo que podría explicar cómo crecieron hasta alcanzar los enormes tamaños que vemos en un período de tiempo relativamente corto.
Confirmar que GS 3073 y otras galaxias ricas en nitrógeno en el universo primitivo realmente contienen estrellas supermasivas será difícil, y probablemente requiera el descubrimiento de más firmas químicas de estos extraños gigantes. «Reforzar el argumento a favor de su existencia es absolutamente difícil; es muy difícil para nosotros tener una firma irrefutable», dice Regan. «Pero esta firma es muy fuerte».
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El Telescopio Espacial James Webb y la Búsqueda de Estrellas Supermasivas
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha permitido a los astrónomos examinar galaxias distantes en los confines del universo temprano por primera vez. Esto ha llevado al descubrimiento de galaxias con firmas químicas que sugieren la presencia de estrellas supermasivas exóticas con masas de hasta 10.000 veces la del Sol. Estos gigantes son extraños porque, para las estrellas del universo cercano, parece haber un límite de tamaño innato.
La Paradoja de las Estrellas Supermasivas
Devesh Nandal, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Massachusetts, explica que los modelos de evolución de las galaxias se basan en el hecho de que las estrellas no pueden tener más masa que 120 masas solares aproximadamente. Sin embargo, existen ideas teóricas que exploran estrellas más masivas que eso, pero nunca ha habido una observación real que uno pueda señalar. Hasta ahora.
El Caso de la Galaxia GS 3073
Nandal y sus colegas examinaron observaciones JWST de una galaxia distante llamada GS 3073 y encontraron cantidades inusualmente altas de nitrógeno en sus firmas químicas. Esto no es del todo anómalo, ya que se han observado altos niveles de nitrógeno en varias otras galaxias a distancias similares. Sin embargo, en la mayoría de las otras galaxias, los niveles de nitrógeno no son lo suficientemente altos como para causar confusión.
La Estrella de Población III
Existe un tipo particular de estrella primordial hipotética, llamada Estrella de población III, que los modelos indican que podría crecer enormemente. Cuando estas estrellas lo hacen, las simulaciones también muestran que deberían formar mucho más nitrógeno que las estrellas normales. Nandal y sus colegas calcularon que solo unas pocas estrellas de Población III con masas entre 1.000 y 10.000 veces la del Sol podrían explicar el exceso de nitrógeno en GS 3073.
La Controversia sobre las Estrellas Supermasivas de Población III
Algunos investigadores se preguntan si las estrellas supermasivas de Población III son las únicas que se ajustan a los datos, o si encajan del todo bien. Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge, explica que la Población III debe estar asociada a un entorno casi prístino sin muchos elementos más pesados que el helio. Sin embargo, GS 3073 es químicamente una galaxia bastante madura, lo que no coincide con el tipo de entorno en el que se espera encontrar la Población III.
La Posibilidad de Galaxias Extrañas
Juan Regan, de la Universidad de Maynooth en Irlanda, sugiere que GS 3073 puede ser simplemente una galaxia extraña. Cuando se tienen observaciones del universo temprano, todo lo que se ve son galaxias realmente extrañas y exóticas. Así que es difícil decir que sí, pero no espero que se formen estrellas supermasivas porque sería demasiado extraño.
Las Implicaciones para la Formación de Agujeros Negros Supermasivos
Si estas estrellas colosales realmente existen, podría ayudar a los investigadores a comprender los orígenes de agujeros negros supermasivos que existen en el universo mucho antes de lo que deberían. Si se formaran a partir de estrellas supermasivas en lugar de estrellas normales, eso les daría una ventaja, lo que podría explicar cómo crecieron hasta alcanzar los enormes tamaños que vemos en un período de tiempo relativamente corto.
El Desafío de Confirmar la Existencia de Estrellas Supermasivas
Confirmar que GS 3073 y otras galaxias ricas en nitrógeno en el universo primitivo realmente contienen estrellas supermasivas será difícil, y probablemente requerirá el descubrimiento de más firmas químicas de estos extraños gigantes. Regan explica que reforzar el argumento a favor de su existencia es absolutamente difícil; es muy difícil para nosotros tener una firma irrefutable. Pero esta firma es muy fuerte.
En resumen, el Telescopio Espacial James Webb ha permitido a los astrónomos examinar galaxias distantes en los confines del universo temprano por primera vez, lo que ha llevado al descubrimiento de galaxias con firmas químicas que sugieren la presencia de estrellas supermasivas exóticas. Aunque la existencia de estas estrellas es controvertida, su descubrimiento podría tener implicaciones importantes para nuestra comprensión del universo y la formación de agujeros negros supermasivos.