Utilizando el Very Large Telescope de
ESO, un equipo de astrónomos ha descubierto la galaxia más brillante
encontrada hasta ahora en el universo temprano, hallando además
evidencias de que, acechando en su interior, hay ejemplares de la
primera generación de estrellas. Estos objetos masivos, brillantes y
puramente teóricos hasta ahora, fueron los creadores de los primeros
elementos pesados de la historia, los elementos necesarios para forjar
las estrellas que nos rodean hoy en día, de los planetas que las orbitan
y de la vida tal y como la conocemos. La galaxia recién descubierta,
apodada CR7, es tres veces más brillante que la galaxia distante más
brillante conocida hasta ahora.
Los astrónomos han teorizado durante mucho tiempo sobre la existencia
de una primera generación de estrellas — conocida por los astrónomos
como estrellas de población III — que nacieron del material primordial del Big Bang [1].
Todos los elementos químicos más pesados (como oxígeno, nitrógeno,
carbono y hierro, que son esenciales para la vida) se forjaron en el
interior de las estrellas. Esto significa que las primeras estrellas
debieron haberse formado a partir de los únicos elementos que existían
antes de las estrellas: hidrógeno, helio y trazas de litio.
Estas estrellas de población III habrían sido enormes (varios cientos
o incluso mil veces más masivas que el Sol — ardientes y efímeras —) y
habrían acabado explotando como supernovas después de tan solo unos dos
millones años. Pero hasta ahora la búsqueda de la prueba física de su
existencia no había encontrado ninguna evidencia clara [2].
Un equipo dirigido por David Sobral, del Instituto de Astrofísica y
Ciencias del Espacio, la Universidad de Lisboa (Portugal) y el
Observatorio de Leiden (Países Bajos), ha utilizado el Very Large Telescope (VLT de ESO) para mirar hacia el universo antiguo, hacia un periodo conocido como reionización
que tuvo lugar aproximadamente 800 millones de años después del Big
Bang. En lugar de llevar a cabo un estudio profundo y limitado de un
área pequeña del cielo, ampliaron su alcance para producir el sondeo más
amplio de galaxias muy lejanas jamás elaborado.
Este amplio estudio se hizo utilizando el VLT con ayuda del Observatorio W. M. Keck y del telescopio Subaru, así como del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA.
El equipo descubrió — y confirmó — una serie de galaxias muy jóvenes
asombrosamente brillantes. Una de ellas, bautizada como CR7 [3], era un objeto excepcionalmente raro, sin duda la galaxia más brillante nunca observada en esa etapa en el universo [4].
Con el descubrimiento de CR7 y de otras galaxias brillantes, el estudio
ya suponía un éxito, pero una nueva revisión proporcionó más noticias
emocionantes.
Los instrumentos X-shooter y SINFONI,
instalados en el VLT, descubrieron en CR7 una potente emisión de helio
ionizado pero — crucial y sorprendentemente — ninguna señal de elementos
más pesados en una brillante zona de la galaxia. Esto significó que el
equipo había descubierto la primera evidencia válida de la existencia de
cúmulos de estrellas de población III que habían ionizado el gas dentro
de una galaxia en el universo temprano [5].
"El descubrimiento desafiaba nuestras expectativas desde el principio", afirma David Sobral, "ya
que no esperábamos encontrar una galaxia tan brillante. Entonces, al
descubrir la naturaleza de CR7 paso a paso, comprendimos que no sólo
habíamos descubierto la galaxia lejana más luminosa, sino que también
nos dimos cuenta de que cumplía todas y cada una de las características
esperadas de estrellas de población III. Esas estrellas fueron las que
formaron los primeros átomos pesados que, en última instancia, nos ha
permitido estar aquí. Realmente no hay nada más emocionante que esto".
Dentro de CR7 se encontraron cúmulos de estrellas más azules y un
poco más rojas, indicando que la formación de estrellas de población III
había tenido lugar por oleadas, tal y como se había predicho. Lo que el
equipo observó de forma directa fue la última oleada de estrellas de
población III, sugiriendo que tales estrellas deben ser más fáciles de
encontrar de lo que se pensaba previamente: residen entre estrellas
normales, en las galaxias más brillantes, no sólo en las galaxias más
tempranas, más pequeñas y más tenues, que son tan débiles que son
extremadamente difíciles de estudiar.
Jorryt Matthee, segundo autor del artículo, concluyó: "siempre me
he preguntado de dónde venimos. Incluso siendo niño quería saber de
dónde provienen los elementos: el calcio de mis huesos, el carbono de
mis músculos, el hierro de mi sangre. Descubrí que estos se formaron
primero en los inicios del universo, por la primera generación de
estrellas. Con este notable descubrimiento estamos empezando a ver estos
objetos por primera vez".
Está previsto llevar a cabo observaciones con el VLT, ALMA y
el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA para confirmar, más allá
de toda duda, que lo que se ha observado son estrellas de población III y
buscar e identificar otros ejemplos.
Notas
[1] El nombre población
III surgió porque los astrónomos ya habían clasificado a las estrellas
de la Vía Láctea como población I (estrellas como el Sol, ricas en
elementos más pesados y formando el disco) y población II (estrellas más
viejas, con un bajo contenido en elementos pesados y encontradas en el
halo y el bulbo de la Vía Láctea y en cúmulos globulares de estrellas).
[2] Encontrar estas estrellas es muy
difícil: han debido tener una vida extremadamente breve y habrían
brillado en un tiempo en el que el universo era en gran parte opaco a su
luz. Resultados anteriores incluyen los siguientes estudios: Nagao, et al., 2008, donde no se detectó helio ionizado; De Breuck et al., 2000, donde se detectó helio ionizado, pero junto con carbono y oxígeno, así como claras firmas de un núcleo galáctico activo; y Cassata et al., 2013, donde se detectó helio ionizado, pero de un ancho equivalente o una intensidad muy bajos, y junto con carbono y oxígeno.
[3] El apodo de CR7 es la abreviatura de COSMOS Redshift
7, una medida de su ubicación en términos de tiempo cósmico. Cuanto
mayor es el corrimiento al rojo, más lejana es la galaxia y más atrás en
la historia del universo se ve. A1689-zD1, una de las galaxias más antiguas jamás observadas, por ejemplo, tiene un corrimiento al rojo de 7.5.
El apodo fue inspirado por el gran futbolista portugués, Cristiano Ronaldo, conocido como CR7.
[4] CR7 es tres veces más brillante que el anterior titular, Himiko,
que se pensó era la única de su tipo en esa época tan temprana. Las
galaxias polvorientas, en etapas mucho más tardías en la historia del
universo, pueden irradiar una energía total mayor que la de CR7 en
forma de radiación infrarroja desde el polvo templado. La energía que
proviene de CR7 es, en su mayor parte, luz visible y ultravioleta.
[5] El equipo considera dos teorías alternativas: que la fuente de la luz era o bien un AGN o bien estrellas Wolf-Rayet.
La falta de elementos pesados y de otras evidencias, refutan firmemente
ambas teorías. El equipo también considera que la fuente puede ser un agujero negro de colapso directo,
que son en sí mismos objetos exóticos y excepcionales puramente
teóricos. La falta de una línea ancha de emisión y el hecho de que las
luminosidades del hidrógeno y el helio fueran mucho mayores de lo
predicho para este tipo de agujeros negros indican que esto, también, es
poco probable. La falta de emisión de rayos X refutaría aún más esta
posibilidad, pero se necesitan observaciones adicionales.
Información adicional
Este trabajo de investigación se
presentó en el artículo científico titulado “Evidence for PopIII-like
stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch
of re-ionisation: spectroscopic confirmation”, por D. Sobral, et al.,
aceptado para su publicación en la revista The Astrophysical Journal.
El equipo está formado por David Sobral (Instituto de Astrofísica y
Ciencias del Espacio, Universidad de Lisboa, Lisboa, Portugal;
Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de Lisboa,
Lisboa, Portugal; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden,
Países Bajos); Jorryt Matthee (Observatorio de Leiden); Behnam Darvish
(Departamento de Física y Astronomía, Universidad de California,
Riverside, California, EE.UU.); Daniel Schaerer (Observatorio de
Ginebra, Departamento de Astronomía, Universidad de Ginebra, Versoix,
Suiza; Centro Nacional de Investigaciones Científicas, IRAP, Toulouse,
Francia); Bahram Mobasher (Departamento de Física y Astronomía,
Universidad de California, Riverside, California, EE.UU.); Huub J. A.
Röttgering (Observatorio de Leiden); Sérgio Santos (Instituto de
Astrofísica y Ciencias del Espacio, Universidad de Lisboa; Departamento
de Física, Universidad de Lisboa, Portugal) y Shoubaneh Hemmati
(Departamento de Física y Astronomía, Universidad de California,
Riverside, California, EE.UU.).
Impresión artística de CR7: la galaxia más brillante del universo temprano
En esta impresión artística vemos a CR7, una galaxia muy lejana
descubierta utilizando el Very Large Telescope de ESO. Es la galaxia más
brillante encontrada hasta ahora en el universo temprano y hay fuertes
evidencias de que los ejemplos de la primera generación de estrellas
están al acecho dentro de ella.Estos objetos masivos,
brillantes y puramente teóricos hasta ahora, fueron los creadores de los
primeros elementos pesados de la historia, los elementos necesarios
para forjar las estrellas que nos rodean hoy en día, de los planetas que
las orbitan y de la vida tal y como la conocemos. La galaxia recién
descubierta es tres veces más brillante que la galaxia distante más
brillante conocida hasta ahora.
Crédito:
ESO/M. Kornmesser
Videos .
Recreación de CR7: la galaxia más brillante del universo temprano
En este vídeo vemos una recreación de CR7, una galaxia muy lejana
descubierta utilizando el Very Large Telescope de ESO. Es la galaxia más
brillante encontrada hasta ahora en el universo temprano y hay fuertes
evidencias de que los ejemplos de la primera generación de estrellas
están al acecho dentro de ella. Estos objetos masivos,
brillantes y puramente teóricos hasta ahora, fueron los creadores de los
primeros elementos pesados de la historia, los elementos necesarios
para forjar las estrellas que nos rodean hoy en día, de los planetas que
las orbitan y de la vida tal y como la conocemos. La galaxia recién
descubierta es tres veces más brillante que la galaxia distante más
brillante conocida hasta ahora.
Crédito:
Crédito:
ESO/M. Kornmesser
Fuente: Observatorio Europeo Austral
Fuente: Observatorio Europeo Austral
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