Los investigadores descubren evidencia química para la supernova de inestabilidad de pares de una primera estrella muy masiva.

7 de junio de 2023

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por la Academia de Ciencias de China

Las primeras estrellas iluminaron el universo durante el Amanecer Cósmico y pusieron fin a las 'edades oscuras' cósmicas que siguieron al Big Bang. Sin embargo, la distribución de su masa es uno de los grandes misterios sin resolver del cosmos. 

Las simulaciones numéricas de la formación de las primeras estrellas estiman que la masa de las primeras estrellas alcanzó varias centenas de masas solares. Entre ellas, las primeras estrellas con masas entre 140 y 260 masas solares terminaron como supernovas de inestabilidad de pares (PISNe). Las PISNe son bastante diferentes de las supernovas ordinarias (es decir, supernovas de tipo II y tipo Ia) y habrían impreso una firma química única en la atmósfera de las estrellas de próxima generación. Sin embargo, no se ha encontrado tal firma.

Un nuevo estudio liderado por el Prof. Zhao Gang de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China (NAOC) ha identificado una estrella químicamente peculiar (LAMOST J1010+2358) en el halo galáctico como evidencia clara de la existencia de PISNe de las primeras estrellas muy masivas en el universo temprano, basándose en la encuesta telescópica LAMOST y la observación de seguimiento de espectros de alta resolución por el Telescopio Subaru. Se ha confirmado que esta estrella se formó en la nube de gas dominada por los rendimientos de una PISN con 260 masas solares.

El equipo también incluye a investigadores de los Observatorios de Yunnan de la Academia de Ciencias de China, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad Monash, Australia.

Este estudio se publicó en línea en Nature.

El equipo de investigación realizó una observación espectroscópica de alta resolución de seguimiento para J1010+2358 con el telescopio Subaru y obtuvo abundancias para más de diez elementos. La característica más significativa de esta estrella es su abundancia extremadamente baja de sodio y cobalto. Su ratio de sodio a hierro es inferior a 1/100 del valor solar. Esta estrella también exhibe una varianza de abundancia muy grande entre elementos con número de carga impar y par, como el sodio/magnesio y el cobalto/níquel.

'La peculiar varianza impar-par, junto con las deficiencias de sodio y elementos α en esta estrella, son consistentes con la predicción de PISN primordial de las estrellas de primera generación con 260 masas solares', dijo el Dr. Xing Qianfan, primer autor del estudio.

El descubrimiento de J1010+2358 es evidencia directa de la inestabilidad hidrodinámica debido a la producción de pares electrón-positrón en la teoría de la evolución de las estrellas muy masivas. La creación de pares electrón-positrón reduce la presión térmica en el interior del núcleo de una estrella muy masiva y lleva a un colapso parcial.

'Proporciona una pista esencial para restringir la función de masa inicial en el universo temprano', dijo Prof. Zhao Gang, autor correspondiente del estudio. 'Antes de este estudio, no se había encontrado evidencia de supernovas de tales estrellas masivas en las estrellas pobres en metales'.

Además, la abundancia de hierro de LAMOST J1010+2358 ([Fe/H] = -2.42) es mucho más alta que la de las estrellas más pobres en metales del halo galáctico, lo que sugiere que las estrellas de segunda generación formadas en el gas dominado por PISN pueden ser más ricas en metales de lo esperado.

'Uno de los objetivos de la búsqueda de estrellas pobres en metales es encontrar evidencia de estas supernovas de inestabilidad de pares tempranas', dijo el Prof. Avi Loeb, exjefe del Departamento de Astronomía de la Universidad de Harvard.

El Prof. Timothy Beers, titular de la cátedra de astrofísica del rector de la Universidad de Notre Dame, comentó sobre los resultados: 'Este artículo presenta lo que, en mi conocimiento, es la primera asociación definitiva de una estrella del halo galáctico con un patrón de abundancia que se origina en una PISN'.

Información de la revista: Nature

Proporcionado por Academia de Ciencias de China