Los científicos han adoptado el papel de “arqueólogos cósmicos” para descubrir una rara estrella de segunda generación con deficiencia de hierro, esencialmente un registro fósil de la evolución química de nuestro universo. Así como el descubrimiento de artefactos aquí en la Tierra nos enseña sobre las generaciones perdidas de humanos, esta observación proporciona evidencia contundente de cómo murió la primera generación de estrellas para enriquecer químicamente a sus sucesoras.
La estrella de segunda generación, o POP II, fue descubierta en la galaxia enana Pictor II, ubicada a unos 150.000 años luz de la Tierra en la constelación de Pictor, utilizando la Cámara de Energía Oscura (DECam) montada en lo alto del Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros. Designada PicII-503, la estrella tiene solo 1/40.000 del hierro contenido en el sol, que es una estrella de tercera generación, o (de manera algo confusa) POP I. El hecho de que PicII-503 tenga la concentración más baja de hierro jamás vista más allá de la Vía Láctea la convierte en una de las estrellas más primordiales jamás descubiertas.
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“Descubrimientos como este son arqueología cósmica, que descubren fósiles estelares raros que preservan las huellas dactilares de las primeras estrellas del universo”, dijo en un comunicado Chris Davis, director del programa de la Fundación Nacional de Ciencias de NOIRLab.
una especie de magia
Las primeras estrellas del universo, o estrellas POP III, nacieron cuando la abundancia química del cosmos no se extendía más allá del hidrógeno, el helio y un puñado de elementos más pesados, que los astrónomos llaman colectivamente “metales”. Esto significaba que estas estrellas POP III también estaban dominadas por el hidrógeno con sólo un poco de helio y muy poco en términos de metales. Estas estrellas forjaron el primer carbono y hierro en sus núcleos, material que se distribuyó por el medio interestelar cuando estas estrellas se convirtieron en supernovas y explotaron al final de sus vidas.
Las nubes interestelares de gas y polvo enriquecidas con estos metales finalmente se enfriaron y colapsaron para dar origen a la segunda generación de estrellas, estrellas que eran más ricas en metales gracias a la donación de elementos pesados de sus predecesoras. Esto hace que POP II sea similar a cápsulas del tiempo, que registran una etapa importante en el enriquecimiento químico del universo.
“Descubrir una estrella que preserva inequívocamente los metales pesados de las primeras estrellas estaba al borde de lo que pensábamos posible, dada la extrema rareza de estos objetos”, dijo en el comunicado el líder del equipo Anirudh Chiti de la Universidad de Stanford. “Con la menor abundancia de hierro jamás obtenida en cualquier galaxia enana ultra débil, PicII-503 proporciona una ventana a la producción inicial de elementos dentro de un sistema primordial que no tiene precedentes”.
PicII-503, el primer ejemplo confirmado de una estrella POP II encontrada en una galaxia enana débil, se destacó como una estrella extremadamente pobre en metales en los datos recopilados por el estudio MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK) de DECam. Este esfuerzo de observación de 54 noches se desarrolló con el propósito explícito de identificar las estrellas más antiguas y químicamente primitivas de la Vía Láctea y sus compañeras galaxias enanas.
“Sin los datos de MAGIC, habría sido imposible aislar esta estrella entre los cientos de otras estrellas en las proximidades de la galaxia enana ultra débil Pictor II”, dijo Chiti.
Chiti y sus colegas combinaron datos de MAGIC con observaciones del Very Large Telescope (VLT) en la región del desierto de Atacama en el norte de Chile y el Telescopio Baade Magellan para descubrir bajas abundancias de hierro y calcio en PicII-503, las más bajas vistas más allá de nuestra galaxia. A su vez, esto reveló que PicII-503 fue el primer registro de enriquecimiento químico encontrado en una galaxia enana.
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Una posible explicación para la sorprendentemente baja proporción hierro-carbono de PicII-503 es que cuando las estrellas POP III se convirtieron en supernovas, estas explosiones tuvieron una energía relativamente baja. Eso habría significado que mientras elementos más ligeros como el carbono fueron lanzados al medio interestelar, elementos pesados como el hierro volvieron a caer entre los restos de la supernova.
El hecho de que PicII-503 se encuentre en una de las galaxias enanas más pequeñas jamás vistas, con una influencia gravitacional correspondientemente baja, apoya la idea de que las estrellas POP III mueren en supernovas de baja energía.
“Lo que más me emociona es que hemos observado el resultado de la producción inicial de elementos en una galaxia primordial, ¡lo cual es una observación fundamental!” Dijo Chití. “También se conecta claramente con la firma que hemos visto en las estrellas del halo de la Vía Láctea con menor metalicidad, uniendo sus orígenes y la naturaleza de estos objetos enriquecida con la primera estrella”.
La investigación del equipo fue publicada el lunes (16 de marzo) en la revista Nature Astronomy.