Astrónomos creen haber descubierto el primer rastro químico que atestigua la presencia de estrellas masivas en protocúmulos globulares, nacidos solo 440 millones de años después del Big Bang.
Los cúmulos globulares, los más masivos y antiguos del universo en su género, son agrupaciones muy densas de estrellas distribuidas en una esfera, con un radio que varía de una docena a cien años luz. Pueden contener hasta un millón de estrellas y se encuentran en todo tipo de galaxias, el nuestro es el hogar de unos 180 de ellos.
Uno de sus grandes misterios es la composición de sus estrellas: ¿por qué es tan variada? Por ejemplo, la proporción de oxígeno, nitrógeno, sodio y aluminio varía de una estrella a otra. Sin embargo, todos nacieron al mismo tiempo, dentro de la misma nube de gas. Los astrofísicos hablan de “anomalías de abundancia”.
Un equipo de las universidades de Ginebra (Unige) y Barcelona, y el Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS y Sorbonne University) ha realizado un nuevo avance en la explicación de este fenómeno. En 2018 había desarrollado un modelo teórico según el cual las estrellas supermasivas habrían “contaminado” la nube de gas original durante la formación de estos cúmulos, enriqueciendo sus estrellas con elementos químicos de manera heterogénea.
“Hoy, gracias a los datos recopilados por el Telescopio Espacial James Webb, creemos haber encontrado una primera pista de la presencia de estas extraordinarias estrellas”, explica en un comunicado Corinne Charbonnel, profesora titular del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Unige, y primera autora del estudio.
Estos monstruos celestiales son de 5.000 a 10.000 veces más masivos y cinco veces más calientes en su centro (75 millones de °C) que el Sol. Pero probar su existencia es complejo. “Los cúmulos globulares tienen entre 10.000 y 13.000 millones de años, mientras que la vida máxima de las superestrellas es de dos millones de años. Por lo tanto, desaparecieron muy pronto de los cúmulos que se pueden observar actualmente. Sólo quedan rastros indirectos”, explica Mark Gieles, profesor Icrea en el Universidad de Barcelona y coautor del estudio.
Gracias a la visión infrarroja muy poderosa del telescopio James Webb, los coautores pudieron respaldar su hipótesis. El satélite captó la luz emitida por una de las galaxias más lejanas y jóvenes conocidas hasta la fecha en nuestro universo. Ubicado a unos 13.300 millones de años luz, GN-z11 tiene solo unas pocas decenas de millones de años. En astronomía, el análisis del espectro de luz de los objetos cósmicos es un elemento clave para determinar sus características. Aquí, la luz emitida por esta galaxia ha proporcionado dos valiosas piezas de información.
“Se ha establecido que contiene proporciones muy altas de nitrógeno y una densidad de estrellas muy alta”, dice Daniel Schaerer, profesor asociado del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Unige y coautor del estudio.
Esto sugiere que se están formando varios cúmulos globulares en esta galaxia y que aún albergan una estrella supermasiva activa. “La fuerte presencia de nitrógeno sólo puede explicarse por la combustión de hidrógeno a temperaturas extremadamente altas, que sólo el núcleo de las estrellas supermasivas puede alcanzar, como muestran los modelos de Laura Ramírez-Galeano, estudiante de maestría en nuestro equipo”, explica Corinne Charbonnel.
Los investigadores creen que estos nuevos resultados, que se publican en la revista Astronomy & Astrophysics, fortalecen su modelo, el único actualmente capaz de explicar las anomalías de abundancia en los cúmulos globulares, afirman. El próximo paso para los científicos será probar la validez de este modelo en otros cúmulos globulares que se forman en galaxias distantes, utilizando los datos del James Webb.
Científicos descubren nueva evidencia sobre una poderosa fuerza del espacio que podría causar el fin del mundo
Astrónomos han observado por primera vez cómo una estrella se traga un planeta, un destino que sufrirá la Tierra dentro de 5.000 millones de años, según una investigación publicada en la revista Nature.
Cuando una estrella se queda sin combustible se hincha hasta alcanzar un millón de veces su tamaño original, engullendo cualquier materia, planetas junto a todo lo que se encuentra a su paso. Los científicos han observado indicios de estrellas justo antes, y poco después, del acto de consumir planetas enteros, pero nunca habían captado una en el acto hasta ahora.
En el estudio, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de Harvard, Caltech y otros centros de Estados Unidos informan de que han observado por primera vez una estrella tragándose un planeta.
La desaparición planetaria parece haber tenido lugar en nuestra propia galaxia, a unos 12.000 años luz de distancia, cerca de la constelación de Aquila. Allí, los astrónomos observaron un estallido de una estrella que se hizo más de cien veces más brillante en sólo diez días, antes de desvanecerse rápidamente.
Curiosamente, a este destello de luz blanca le siguió una señal más fría y duradera. Los científicos dedujeron que esta combinación únicamente podía deberse a un acontecimiento: una estrella que engullera un planeta cercano.
“Estábamos viendo la fase final del engullimiento”, afirma en un comunicado el autor principal, Kishalay De, investigador postdoctoral del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.
Los científicos estiman que probablemente el planeta que desapareció era un mundo caliente del tamaño de Júpiter que se acercó en espiral, fue arrastrado por la atmósfera de la estrella moribunda y, finalmente, por su núcleo.
La Tierra correrá la misma suerte, aunque no hasta dentro de 5.000 millones de años, cuando se espera que el Sol se consuma y queme los planetas interiores del sistema solar.
“Estamos viendo el futuro de la Tierra -afirma De-. Si alguna otra civilización nos estuviera observando desde 10.000 años luz de distancia mientras el sol engulle a la Tierra, verían cómo el Sol brilla de repente al expulsar algo de material, luego forma polvo a su alrededor, antes de volver a ser lo que era”.
El equipo descubrió el estallido en mayo de 2020. Sin embargo, los astrónomos tardaron otro año en encontrar una explicación de lo que podía ser.
La señal inicial apareció en una búsqueda de datos tomados por el Zwicky Transient Facility (ZTF), que funciona en el Observatorio Palomar de Caltech, en California. El ZTF es un observatorio que rastrea el cielo en busca de estrellas que cambian rápidamente de brillo, cuyo patrón podría indicar la presencia de supernovas, estallidos de rayos gamma y otros fenómenos estelares.
De buscaba en los datos del ZTF indicios de erupciones en estrellas binarias, sistemas en los que dos estrellas orbitan una alrededor de la otra, una de las cuales extrae masa de la otra cada cierto tiempo y, como resultado, se ilumina brevemente.
“Una noche, observé una estrella que se iluminó por un factor de 100 en el transcurso de una semana, de la nada -recuerda De-. No se parecía a ningún estallido estelar que hubiera visto en mi vida”.
Con la esperanza de determinar la fuente con más datos, De se fijó en las observaciones de la misma estrella realizadas por el Observatorio Keck de Hawai. Los telescopios Keck realizan mediciones espectroscópicas de la luz estelar, que los científicos pueden utilizar para discernir la composición química de una estrella.
Pero lo que descubrió De le dejó aún más perplejo. Mientras que la mayoría de las estrellas binarias desprenden material estelar, como hidrógeno y helio, a medida que una estrella erosiona a la otra, la nueva fuente no desprendía nada de eso. En su lugar, lo que De vio fueron signos de “moléculas peculiares” que sólo pueden existir a temperaturas muy frías.
“Estas moléculas sólo se observan en estrellas muy frías -indica De-. Y cuando una estrella se ilumina, normalmente se calienta más. Por tanto, las bajas temperaturas y el brillo de las estrellas no van de la mano”.
Entonces quedó claro que la señal no era de una binaria estelar. De decidió esperar a que surgieran más respuestas. Aproximadamente un año después de su descubrimiento inicial, él y sus colegas analizaron observaciones de la misma estrella, esta vez tomadas con una cámara infrarroja del Observatorio Palomar. Dentro de la banda infrarroja, los astrónomos pueden ver señales de material más frío, en contraste con las emisiones ópticas de color blanco-caliente que surgen de las binarias y otros eventos estelares extremos.
“Esos datos infrarrojos me hicieron caer de la silla -recuerda De-. La fuente era increíblemente brillante en el infrarrojo cercano”.
Al parecer, tras su destello caliente inicial, la estrella siguió arrojando energía más fría durante el año siguiente. Ese material gélido era probablemente gas de la estrella que salió disparado al espacio y se condensó en polvo, lo suficientemente frío como para ser detectado en longitudes de onda infrarrojas. Estos datos sugieren que la estrella podría estar fusionándose con otra en lugar de brillar como resultado de la explosión de una supernova.
Pero cuando el equipo analizó más a fondo los datos y los combinó con las mediciones realizadas por el telescopio espacial de infrarrojos de la Nasa, NEOWISE, llegó a una conclusión mucho más interesante. A partir de los datos recopilados, calcularon la cantidad total de energía liberada por la estrella desde su estallido inicial y descubrieron que era sorprendentemente pequeña: aproximadamente 1/1.000 de la magnitud de cualquier fusión estelar observada en el pasado.
“Eso significa que lo que se fusionó con la estrella tiene que ser mil veces más pequeño que cualquier otra estrella que hayamos visto -apunta De-. Y es una feliz coincidencia que la masa de Júpiter sea aproximadamente 1/1.000 la masa del Sol. Fue entonces cuando nos dimos cuenta: Esto era un planeta, chocando contra su estrella”.
Con las piezas en su sitio, los científicos pudieron por fin explicar el estallido inicial. El destello brillante y caliente fue probablemente el momento final de un planeta del tamaño de Júpiter arrastrado por la atmósfera de una estrella moribunda. A medida que el planeta caía en el núcleo de la estrella, las capas exteriores de esta se desprendían y se asentaban en forma de polvo frío durante el año siguiente.
“Durante décadas hemos podido ver el antes y el después -apunta De-. Antes, cuando los planetas aún orbitan muy cerca de su estrella, y después, cuando un planeta ya ha sido engullido y la estrella es gigante. Lo que nos faltaba era captar a la estrella en el acto, cuando un planeta sufre este destino en tiempo real. Eso es lo que hace que este descubrimiento sea realmente emocionante”.
*Con información de Europa Press.