Monstruosas superestrellas habrían dominado el amanecer cósmico

Gigantescas estrellas con masas que alcanzan los 10.000 soles habrían sido comunes en los inicios del Universo, de acuerdo a un nuevo estudio. Nuevas observaciones con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA permitieron identificar algunos rastros de estas enormes superestrellas en la lejana galaxia GN-z11, apreciada tal como se veía solo 440 millones de años después del Big Bang.

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en Suiza, la Universidad de Barcelona, en España, y el Instituto de Astrofísica de París, en Francia, ha descubierto el primer rastro químico que atestigua la presencia de estrellas supermasivas, de 5.000 a 10.000 veces más masivas que el Sol, durante la formación de los cúmulos globulares en los inicios del cosmos.

Hasta un millón de estrellas comprimidas

Los astrónomos definen a los cúmulos globulares como agrupaciones extremadamente densas de estrellas, distribuidas en una esfera que dispone de un radio que oscila entre una docena y cien años luz. En ese espacio contenido, pueden acumular hasta un millón de estrellas y se encuentran en todos los tipos de galaxias. En la Vía Láctea, por ejemplo, existen unos 180 cúmulos globulares.

Uno de los grandes misterios en torno a estas fantásticas estructuras cósmicas es la composición de sus estrellas, que se caracteriza por su gran variedad. Esto se aprecia en la distribución de los elementos, con una proporción de oxígeno, nitrógeno, sodio o aluminio que varía notablemente de una estrella a otra. 

Teniendo en cuenta que todas las estrellas que forman parte de un cúmulo globular nacieron al mismo tiempo y dentro de la misma nube de gas, los científicos intentan determinar por qué registran tantas diferencias, ya que supuestamente deberían ser más homogéneas. Para descubrir estas aparentes anomalías, tratan de observar las estructuras más lejanas, en una “instantánea” del Universo cómo se veía poco después del Big Bang.

Hacia los inicios del cosmos

Aprovechando las ventajas del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA para ese tipo de propósitos, los investigadores intentaron comprobar la presencia de superestrellas en estos cúmulos globulares durante su formación. La tarea no es sencilla: mientras los cúmulos globulares tienen entre 10 y 13 mil millones de años de edad, la vida máxima de las superestrellas es de dos millones de años. 

De esta manera, como se esfumaron muy rápidamente de los cúmulos que actualmente pueden ser observados, únicamente es posible comprobar la existencia de estas estrellas supermasivas a través de rastros químicos indirectos. Hacerlo es crucial para resolver algunos de los misterios que encierran los cúmulos globulares y, de esta forma, ampliar nuestra comprensión sobre el Amanecer cósmico, que comenzó aproximadamente 250 millones de años después del estallido inicial o Big Bang y marcó la formación de las primeras estrellas y galaxias. 

Según una nota de prensa, JWST captó la luz emitida por una de las galaxias más lejanas conocidas hasta el momento, ubicada a unos 13.300 millones de años luz de distancia de la Tierra. Se llama GN-z11 y tiene solo unas pocas decenas de millones de años de vida, lo que indica que fue captada en su juventud, aproximadamente unos 440 millones de años después del Big Bang. 

Evidencias químicas

El análisis del espectro de luz de esta galaxia arrojó una importante información: según explican los  científicos en el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Astronomy & Astrophysics, las proporciones muy altas de nitrógeno y una densidad de estrellas extremadamente elevada sugieren que se están formando varios cúmulos globulares en esta galaxia, y que aún albergan una estrella supermasiva activa. 

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"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”, concluyó Corinne Charbonnel, autora principal de la investigación. Para los científicos, estos datos son una prueba sólida de que estas monstruosas estrellas estaban presentes en el interior de los cúmulos cuando estos se formaron, en un momento en que el Universo tenía un poco más de 400 millones de años de edad.

Referencia

N-enhancement in GN-z11: First evidence for supermassive stars nucleosynthesis in proto-globular clusters-like conditions at high redshift? C. Charbonnel et al. Astronomy & Astrophysics (2023). DOI:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202346410