Las supernovas en el universo primitivo simplemente impactaron de manera diferente. Especialmente cuando la estrella que explotó era un monstruo estelar de 20 veces la masa del sol.
Usando el Telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto una de las supernovas destructoras de estrellas más distantes y, por tanto, más tempranas jamás vistas. Esta explosión, que sacudió el cosmos unos 2 mil millones de años después el gran estallidomarcó la muerte de una estrella monstruosa de este tipo.
Esta supernova, detectada como parte del programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), podría ayudar a los científicos a añadir más detalles a la imagen cósmica de la vida y muerte estelar que están construyendo actualmente.
La supernova, denominada AT 2023adsv, entró en erupción 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 David Coulter, miembro del equipo JADES e investigador del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI), en la 245ª reunión de la American Sociedad Astronómica (AAS) en National Harbor, Maryland, el lunes (13 de enero). «No sabemos cuántas (supernovas) encontrará el JWST, pero podemos comenzar a avanzar hasta el comienzo 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 se trataba principalmente de hidrógeno, el elemento más ligero y simple, con algo de helio, el segundo elemento más ligero. En el universo infantil existían sólo unos cuantos elementos más pesados, a los que los astrónomos se refieren de manera un tanto confusa como «metales».
La primera generación de estrellas, conocidas como estrellas de Población III (no estrellas de Población I como cabría esperar, tal vez), nació de parches muy densos en esta sopa cósmica de ingredientes ligeros. Estas estrellas comenzaron a fusionar hidrógeno y helio en elementos más pesados.
Cuando las estrellas más masivas (con masas superiores a 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 exteriores ricas en metales fueron destruidas en explosiones de supernova.
Este proceso sembró nubes de hidrógeno y helio en las primeras galaxias con elementos pesados. Esto significó que cuando las zonas excesivamente densas de estas nubes enriquecidas colapsaron para crear nuevas estrellas, esta segunda generación de estrellas (Población II) era más rica en metales que la primera.
Esto se repitió hasta dar origen a una tercera generación de estrellas aún más ricas en metales. Esta es la tercera generación de cuerpos estelares, estrellas de Población I (nuevamente, no estrellas de Población III como era de esperar), a la que nuestra estrella, el solpertenece.
Sin embargo, si bien esto puede parecer un caso de repetición de la historia cósmica, hubo algo diferente en la primera ronda de supernovas.
Los científicos creen que la naturaleza pobre en metales de estas estrellas les habría hecho vivir vidas más cortas. También habría hecho que las explosiones de supernovas que marcan el final de estas vidas fueran más violentas que las muertes de estrellas descendientes posteriores.
Estas primeras supernovas deberían ser increíblemente brillantes y, por 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 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. «El gran número de detecciones más las grandes distancias a estas supernovas son los dos resultados más interesantes de nuestro estudio».
Una supernova temprana con un giro
La composición química de AT 2023adsv significa que se destaca como una de las primeras supernovas.
«Esta supernova está tan lejos y, por lo tanto, tan atrás en el tiempo que cuando la luz llegó hasta nosotros por primera vez, 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.
«Así que esta supernova también ocurrió en un entorno que parece considerablemente diferente al entorno en el que vive hoy nuestra estrella natal».
Si bien AT 2023adsv se parece al entorno pobre en metales del universo primitivo en el que nació la estrella que explotó para lanzarlo, hay uno o dos giros.
«Parece ser un primo cercano de las supernovas locales observadas en ambientes igualmente prístinos», dijo Coulter en el comunicado. «Sin embargo, el parecido termina ahí: 2023adsv parece haber sido alguna vez una estrella particularmente masiva, quizás hasta 20 veces la masa de nuestro sol».
Estrellas de tamaños tan monstruosos son escasas en el universo local y contemporáneo. 2023adsv también explotó con aproximadamente el doble de energía que una supernova promedio provocada 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 temprano, pero necesitamos más observaciones para confirmar esta idea», dijo Takashi Moriya, miembro del equipo y teórico del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
El JWST contribuirá a la búsqueda de la explosión cósmica más temprana y distante en 2026, cuando NASA está listo para lanzar su próximo gran telescopio espacial, el Telescopio espacial romano Nancy Grace.
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 perfeccione e investigue.
La investigación del equipo se presentó en la 245.ª reunión de la AAS el lunes y un documento preimpreso está disponible en el sitio del repositorio. arXiv.
Publicado originalmente en espacio.com.
