Las supernovas en el universo primitivo simplemente impactaron de forma diferente. Especialmente cuando las estrellas que explotaron eran monstruos estelares con una masa 20 veces mayor que la del Sol.
Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto una de las supernovas más distantes y, por lo tanto, la más antigua que ha matado estrellas jamás vista. Esta explosión, que sacudió el cosmos unos 2.000 millones de años después del Big Bang, marcó la muerte de una estrella monstruosa de ese tipo. Esta supernova, detectada como parte del programa JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey) del JWST, podría ayudar a los científicos a añadir más detalles al cuadro cósmico de la vida y la muerte estelares que están construyendo actualmente.
La supernova, denominada AT 2023adsv, estalló hace unos 11.400 millones de años en una galaxia primitiva masiva. Curiosamente, esta explosión estelar puede ser algo diferente de las supernovas que han ocurrido más recientemente en el universo local. En particular, la explosión de alta energía parece haber sido excesivamente violenta.
“Las primeras estrellas eran considerablemente diferentes a las estrellas actuales. Eran masivas, calientes y tenían explosiones verdaderamente gigantescas”, dijo el miembro del equipo JADES e investigador del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) David Coulter en la 245.ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en National Harbor, Maryland, el lunes 13 de enero. “No sabemos cuántas [supernovas] encontrará el JWST, pero podemos empezar a explorar el origen de estas primeras estrellas y esperar ver sus explosiones”.
Una historia de vida, muerte y renacimiento estelar
El universo primitivo era relativamente aburrido en comparación con el cosmos moderno, especialmente si se considera su contenido químico. Esto se debe a que estaba compuesto principalmente de hidrógeno, el elemento más ligero y simple, con algo de helio, el segundo elemento más ligero. En el universo infantil existían solo unos pocos elementos más pesados, a los que los astrónomos se refieren, de manera un tanto confusa, como “metales”.
La primera generación de estrellas, conocida como estrellas de Población III (no de Población I, como cabría esperar), nació a partir de zonas sobredensas de esta sopa cósmica llena de ingredientes. Estas estrellas comenzaron a fusionar hidrógeno y helio para formar elementos más pesados.
Cuando las estrellas más masivas (con masas que superaban en 8 veces la del Sol) llegaron al final de sus reservas de combustible para la fusión nuclear, sus núcleos colapsaron, creando agujeros negros o estrellas de neutrones, mientras que sus capas externas ricas en metales fueron destruidas en explosiones de supernovas. Este proceso sembró nubes de hidrógeno y helio en las primeras galaxias con elementos pesados. Esto significó que cuando las zonas sobredensas de estas nubes enriquecidas colapsaron para crear nuevas estrellas, esta segunda generación de estrellas (Población II) fue más rica en metales que la primera.
Esto se repitió para dar origen a una tercera generación de estrellas con aún más abundancia de metales. Se trata de la tercera generación de cuerpos estelares, estrellas de Población I (de nuevo, no estrellas de Población III como cabría esperar), a la que pertenece nuestra estrella, el Sol. Sin embargo, aunque pueda parecer un caso de repetición de la historia cósmica, había algo diferente en la primera ronda de supernovas.
Los científicos creen que la naturaleza pobre en metales de estas estrellas habría provocado que vivieran vidas más cortas. También habría hecho que las explosiones de supernova que marcan el final de estas vidas fueran más violentas que las muertes de las estrellas descendientes posteriores.
Estas primeras supernovas deberían ser increíblemente brillantes y, por lo tanto, visibles para el JWST. De hecho, la colaboración JADES, que estudia el nacimiento y la evolución de las primeras galaxias, ha detectado hasta ahora más de 80 supernovas antiguas.
“Estudiar las explosiones de supernovas distantes es la única manera de explorar las estrellas individuales que pueblan estas galaxias tempranas”, dijo en un comunicado Christa DeCoursey, miembro del equipo e investigadora de la Universidad de Arizona en Tucson. “La gran cantidad de detecciones más las grandes distancias a las que se encuentran estas supernovas son los dos resultados más emocionantes de nuestro estudio”.
Una supernova temprana con un toque diferente
La composición química de AT 2023adsv significa que se destaca como una de las primeras de estas supernovas.
“Esta supernova está tan lejos y, por lo tanto, tan atrás en el tiempo que cuando la luz llegó por primera vez a nosotros, el universo tenía menos de 2 mil millones de años”, continuó Coulter. “Eso significa que esta luz había estado viajando 6 mil millones de años antes de que se formara el Sol.
“Por lo tanto, esta supernova también ocurrió en un entorno que parece considerablemente diferente del entorno en el que vive nuestra estrella actual”.
Si bien AT 2023adsv se parece al entorno pobre en metales del universo primitivo en el que nació la estrella que explotó para lanzarla, hay un par de cambios.
“Parece ser un primo cercano de las supernovas locales observadas en entornos igualmente prístinos”, dijo Coulter en la declaración. “Sin embargo, el parecido termina allí: 2023adsv parece haber sido una vez una estrella particularmente masiva, tal vez hasta 20 veces la masa de nuestro Sol”.
Las estrellas de tamaños tan monstruosos son escasas en el universo local y contemporáneo. 2023adsv también explotó con aproximadamente el doble de energía de la supernova promedio desencadenada por estrellas masivas cercanas.
“La alta energía de explosión de 2023adsv podría indicar que las propiedades de las explosiones de supernova podrían haber sido diferentes “En el universo primitivo, pero necesitamos más observaciones para confirmar esta idea”, dijo Takashi Moriya, miembro del equipo y teórico del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
El JWST participará en la búsqueda de la explosión cósmica más temprana y distante en 2026, cuando la NASA esté lista para lanzar su próximo gran telescopio espacial, el telescopio espacial Nancy Grace Roman. Las estimaciones actuales sugieren que el amplio campo de visión de Roman localizará miles de supernovas tempranas para que el sensible ojo infrarrojo del JWST las detecte e investigue. La investigación del equipo se presentó en la 245.ª reunión de la AAS el lunes, y hay un artículo preimpreso disponible en el sitio del repositorio arXiv.
Fuente: Live Science.
