Un equipo internacional liderado por el investigador ICREA Marc Gilles del Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB) de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) ha desarrollado un nuevo modelo que luminisca (EMS) con más de 1.000 veces la masa del Sol y las formas estelares más tempranas en la evolución de las estrellas más antiguas.
Publicado en Boletín mensual de la Real Sociedad AstronómicaLa investigación muestra que estas estrellas masivas y de vida corta desempeñaron un papel importante en la determinación de la composición química de los cúmulos globulares (GC), que se encuentran entre los sistemas estelares más antiguos y misteriosos conocidos.
Cúmulos globulares: antiguos testigos de la historia cósmica
Las colecciones globulares de decenas de miles a millones de estrellas que se encuentran en casi todas las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, están muy compactas. La mayoría de ellos tienen más de 10 mil millones de años, lo que sugiere que surgieron poco después del Big Bang.
Las estrellas dentro de estos cúmulos exhiben composiciones químicas inusuales, incluidos niveles inesperados de elementos como helio, nitrógeno, oxígeno, sodio, magnesio y aluminio. Estas variaciones desconcertantes, un misterio durante mucho tiempo para los astrónomos, apuntan a procesos complejos que alteran el gas a partir del cual se formaron las estrellas, posiblemente involucrando “contaminantes” extremadamente calientes.
Modelando el nacimiento de clusters antiguos
El nuevo estudio amplía una teoría existente llamada modelo de flujo inercial, aplicándola a las condiciones extremas del universo primitivo. Los investigadores muestran que en los cúmulos estelares más grandes, los flujos turbulentos de gas pueden formar de forma natural estrellas extremadamente masivas (EMS) de entre 1.000 y 10.000 veces la masa del Sol. Estos gigantes estelares producen poderosos vientos llenos de productos de fusión de hidrógeno a alta temperatura, que luego se mezclan con el gas primordial circundante para formar estrellas con huellas químicas distintivas.
“Nuestro modelo muestra que sólo unas pocas estrellas muy masivas pueden dejar una huella química duradera en todo un cúmulo”, explica Mark Gilles (ICREA-ICCUB-IEEC). “Esto finalmente vincula la física de la formación de cúmulos globulares con las firmas químicas que vemos hoy”.
“Ya se sabía que las reacciones nucleares en el centro de estrellas muy masivas pueden producir patrones de abundancia adecuada. Ahora tenemos un modelo que proporciona una vía natural para que estas estrellas formen cúmulos estelares masivos”, agregaron las investigadoras Laura Ramírez Galliano y Corinne Charbonnell de la Universidad de Ginebra.
Todo este proceso se desarrolla rápidamente (en sólo uno o dos millones de años) y ocurre antes de que se produzca cualquier explosión de supernova, evitando la contaminación del gas del cúmulo por material de supernova.
Descubriendo pistas sobre el universo primitivo y los agujeros negros
La búsqueda tiene implicaciones que van más allá de la Vía Láctea. Los autores sugieren que las galaxias ricas en nitrógeno observadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) probablemente contengan cúmulos globulares dominados por estrellas muy masivas que se formaron temprano en la evolución galáctica.
“Las estrellas muy masivas pueden haber desempeñado un papel clave en la formación de las primeras galaxias”, señala Paolo Padoan (Dartmouth College e ICCUB-IEEC). “Su luminosidad y producción química explican naturalmente las protogalaxias ricas en nitrógeno que ahora observamos en el universo temprano con JWST”.
Se cree que estas estrellas masivas terminan con sus vidas al colapsar en agujeros negros de masa intermedia (que pesan más de 100 soles), que pueden detectarse mediante ondas gravitacionales.
En general, el estudio proporciona una explicación unificada que vincula la formación de estrellas, el enriquecimiento químico y la creación de agujeros negros. Esto sugiere que las estrellas muy masivas fueron importantes para el desarrollo de las primeras galaxias, enriqueciendo simultáneamente los cúmulos globulares y dando lugar a los primeros agujeros negros.
