Estrellas supermasivas en el origen de los cúmulos globulares

Un equipo de las universidades de Ginebra, París y Barcelona, con la participación del IEEC a través del Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB), ha hallado rastros de estrellas supermasivas que pueden explicar las anomalías observadas en los grandes cúmulos estelares

Los resultados, obtenidos gracias a las observaciones del telescopio espacial James Webb, se han publicado en la revista Astronomy and Astrophysics

Los cúmulos globulares son agrupaciones muy densas de estrellas distribuidas en una esfera, con un radio que varía entre una docena y un centenar de años luz. Pueden contener hasta un millón de estrellas y se encuentran en todo tipo de galaxias. La nuestra alberga unos 180 de ellos. Uno de los grandes misterios es la composición de sus estrellas: ¿por qué es tan variada? A modo de ejemplo, la proporción de oxígeno, nitrógeno, sodio y aluminio varía de una estrella a otra. Sin embargo, todas nacieron al mismo tiempo, dentro de la misma nube de gas. Los astrofísicos llaman a esto «anomalías de abundancia».

Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE), el Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a través de su unidad de investigación el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), y el Instituto de Astrofísica de París (CNRS y Universidad de la Sorbona) ha realizado un nuevo avance en la explicación de este fenómeno. La investigación se ha publicado en la revista Astronomy and Astrophysics.

En 2018, el equipo 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 forma heterogénea. «Hoy, gracias a los datos recogidos por el telescopio espacial James Webb, creemos haber encontrado una primera pista de la presencia de estas estrellas extraordinarias», explica Corinne Charbonnel, profesora titular del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primera autora del estudio.

Estos monstruos celestes son entre 5.000 y 10.000 veces más masivos y cinco veces más calientes en su centro (75 millones de °C) que el Sol. Pero demostrar 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 tanto, desaparecieron muy pronto de los cúmulos actualmente observables. Solo quedan rastros indirectos», explica Mark Gieles, profesor ICREA e investigador del IEEC en el ICCUB, coautor del estudio.

Gracias a la potentísima visión infrarroja del telescopio James Webb, los autores pudieron corroborar su hipótesis. El satélite captó la luz emitida por una de las galaxias más distantes y jóvenes conocidas hasta la fecha en nuestro Universo. Situada a unos 13.300 millones de años-luz, GN-z11 solo tiene unas decenas de millones de años de edad. En astronomía, el análisis del espectro luminoso de los objetos cósmicos es un elemento clave para determinar sus características. En este caso, la luz emitida por la galaxia ha proporcionado dos valiosas informaciones: se ha establecido que contiene proporciones muy elevadas de nitrógeno y una densidad muy alta de estrellas.

Esto sugiere que en esta galaxia se están formando varios cúmulos globulares y que aún albergan una estrella supermasiva activa, ya que la fuerte presencia de nitrógeno solo puede explicarse por la combustión de hidrógeno a temperaturas extremadamente altas, que solamente el núcleo de las estrellas supermasivas puede alcanzar.

Estos nuevos resultados refuerzan el modelo del equipo internacional, el único capaz actualmente de explicar las anomalías de abundancia en los cúmulos globulares. El próximo paso de los científicos será comprobar la validez de este modelo en otros cúmulos globulares que se forman en galaxias lejanas, utilizando datos del James Webb. 

Nota de prensa realizada en colaboración con el Instituto de Ciencias del Cosmos (ICCUB) y la Universidad de Ginebra.

Imagen Principal

Leyenda: El cúmulo globular M13, a 22.000 años luz de la Tierra, formado por un millón de estrellas apretujadas en un espacio de 150 años luz de diámetro.
Créditos: HST / STScI / NASA / ESA

Enlaces

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– James Webb telescope
– University of Geneva
– Institut d’Astrophysique de Paris

Más información

Esta investigación se presenta en un artículo titulado «N-enhancement in GN-z11: First evidence for supermassive stars nucleosynthesis in proto-globular clusters-like conditions at high redshift?», de C. Charbonnel et al., que apareció en la revista Astronomy and Astrophysics el 5 de mayo de 2023.

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