«Demasiadas» estrellas masivas descubren en lejanas galaxias

Científicos europeos detectaron en cuatro galaxias muy lejanas un inesperado número de estrellas masivas (las que tienen una masa mayor a unas 10 masas solares), cuyo cálculo, mediante una técnica de medición de monóxido de carbono, es clave para entender la formación y evolución del Universo

Astrónomos usando ALMA (observatorio milimétrico/submilimétrico de Atacama en Chile) y el VLT (telescopio de largo alcance) han descubierto que tanto las galaxias de estallido estelar en el Universo temprano, como en una región de formación estelar en una galaxia cercana, contienen una proporción mucho mayor de estrellas masivas que la que se encuentra en galaxias más "pacíficas". Estos hallazgos desafían las ideas actuales sobre cómo evolucionaron las galaxias, cambiando nuestra comprensión de la historia de formación de estrellas y la acumulación de elementos químicos.

Al sondear el Universo lejano un equipo de científicos, dirigido por el astrónomo Zhi-Yu Zhang de la Universidad de Edimburgo, utilizó el ALMA para investigar la proporción de estrellas masivas en cuatro galaxias "starburst" (estallido estelar) ricas en gas distante [1]. Estas galaxias soon de cuando el Universo era mucho más joven de lo que es ahora, por lo que es poco probable que las galaxias infantiles hayan sufrido muchos episodios previos de formación estelar, lo que de otro modo podría haber confundido los resultados.

Zhang y su equipo desarrollaron una nueva técnica, análoga a la datación por radiocarbono (también conocida como datación por carbono 14), para medir la abundancia de diferentes tipos de monóxido de carbono en cuatro galaxias estelares muy distantes y envueltas en polvo [2]. Observaron la relación de dos tipos de monóxido de carbono que contienen diferentes isótopos [3].

"Los isótopos de carbono y oxígeno tienen orígenes diferentes", explica Zhang. "18O se produce más en estrellas masivas, y 13C se produce más en estrellas de masa baja a intermedia". Gracias a la nueva técnica, el equipo pudo mirar a través del polvo en estas galaxias y evaluar por primera vez las masas de sus estrellas.

La masa de una estrella es el factor más importante que determina cómo evolucionará. Las estrellas masivas alumbran brillantemente y tienen vidas cortas, mientras que las menos masivas, como el Sol, brillan más modestamente durante miles de millones de años. Conocer las proporciones de estrellas de diferentes masas que se forman en las galaxias, por lo tanto, apuntala la comprensión de los astrónomos de la formación y evolución de las galaxias a lo largo de la historia del Universo. En consecuencia, nos da una visión crucial sobre los elementos químicos disponibles para formar nuevas estrellas y planetas y, en última instancia, la cantidad de agujeros negros de semillas que pueden unirse para formar los agujeros negros supermasivos que vemos en los centros de muchas galaxias.

La coautora Donatella Romano, del INAF-Astrofísica y Observatorio de Ciencia Espacial de Bolonia, explica lo que el equipo descubrió: "La relación de 18O a 13C fue aproximadamente 10 veces mayor en estas galaxias estelares en el Universo temprano que en galaxias como la La Vía Láctea, lo que significa que hay una proporción mucho más alta de estrellas masivas dentro de estas galaxias de estallido estelar".

El hallazgo de ALMA es consistente con otro descubrimiento en el Universo local. Un equipo dirigido por Fabian Schneider de la Universidad de Oxford, Reino Unido, realizó mediciones espectroscópicas con el Very Large Telescope de 800 estrellas de ESO en la gigantesca región de formación estelar 30 Doradus en la Gran Nube de Magallanes con el fin de investigar la distribución global de edades estelares y masas iniciales [4].

Schneider explicó: "Encontramos alrededor de 30% más de estrellas con masas de más de 30 veces la del Sol de lo esperado, y alrededor de 70% más de lo esperado por encima de 60 masas solares. Nuestros resultados desafían el límite de masa solar previamente previsto de 150 para la máxima masa de nacimiento de las estrellas e incluso sugieren que las estrellas podrían tener masas de nacimiento de hasta 300 masas solares".

Rob Ivison, coautor del nuevo artículo de ALMA, concluye: "Nuestros hallazgos nos llevan a cuestionar nuestra comprensión de la historia cósmica. Los astrónomos que construyen modelos del Universo ahora deben volver a la mesa de dibujo, con aún más sofisticación requerida".

Notas

[1] Las galaxias Starburst (de estallido estelar) son galaxias que están experimentando un episodio de formación estelar muy intensa. La velocidad a la que forman nuevas estrellas puede ser 100 veces o más la tasa en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Las estrellas masivas de estas galaxias producen radiación ionizante, flujos estelares y explosiones de supernovas, lo que influye significativamente en la evolución dinámica y química del medio que los rodea. Estudiar la distribución masiva de estrellas en estas galaxias puede decirnos más sobre su propia evolución y también la evolución del Universo en general.

[2] El método de datación por radiocarbono se usa para determinar la edad de un objeto que contiene material orgánico. Al medir la cantidad de 14C, que es un isótopo radiactivo cuya abundancia disminuye continuamente, podemos calcular cuándo murió el animal o la planta. Los isótopos utilizados en el estudio ALMA, 13C y 18O, son estables y sus abundancias aumentan continuamente durante la vida de una galaxia, siendo sintetizados por reacciones de fusión nuclear térmica dentro de las estrellas.

[3] Estas diferentes formas de la molécula se llaman isotopólogos y difieren en el número de neutrones que pueden tener. Las moléculas de monóxido de carbono usadas en este estudio son un ejemplo de tales especies moleculares, porque un isótopo de carbono estable puede tener 12 o 13 nucleones en su núcleo, y un isótopo de oxígeno estable puede tener 16, 17 o 18 nucleones.

[4] Schneider et al. realizó observaciones espectroscópicas de estrellas individuales en 30 Doradus, una región de formación estelar en la Gran Nube de Magallanes cercana, utilizando el espectrógrafo de múltiples elementos de fibra de gran tamaño (FLAMES) en el Very Large Telescope (VLT). Este estudio fue uno de los primeros que se llevó a cabo y se ha detallado lo suficiente como para mostrar que el Universo puede producir regiones de formación estelar con diferentes distribuciones de masa de las que se encuentran en la Vía Láctea.

Más información

Los resultados de ALMA fueron publicados en un documento titulado "Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time" ("Poblaciones estelares dominadas por estrellas masivas en galaxias estelares polvorientas a través del tiempo cósmico") en Nature el 4 de junio de 2018. Los resultados del VLT se publicaron en un documento titulado "An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst" ("Un exceso de estrellas masivas en el 30 estallido estelar local de Doradus"), en Science el 5 de enero de 2018.

Encuentre información más completa de esta noticia en el sitio web del European Southern Observatory.

Imagen de cabecera: impresión artística de una galaxia starburst (eso.org).

Enlaces importantes:
• Publicación formal de la investigación por Zhang y colegas.
• Publicación formal de la investigación por Schneider y colegas.

Fuente: eso.org