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| Esta impresión artística muestra una nube de gas distante que contiene diferentes elementos químicos, ilustrados aquí con representaciones esquemáticas de varios átomos. Utilizando el Very Large Telescope de ESO, los astrónomos han detectado tres nubes de gas distantes cuya composición química coincide con lo que esperamos de las explosiones de las primeras estrellas que aparecieron en el Universo. Estas primeras estrellas pueden estudiarse indirectamente analizando los elementos químicos que dispersaron en el entorno circundante tras morir en explosiones de supernova. Las tres nubes de gas distantes detectadas en este estudio son ricas en carbono, oxígeno y magnesio, pero pobres en hierro. Esta es exactamente la firma que se espera de las explosiones de las primeras estrellas. Crédito: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser |
Utilizando el Very Large Telescope (VLT) de ESO, los investigadores han encontrado por primera vez las huellas dactilares dejadas por la explosión de las primeras estrellas del Universo. Detectaron tres nubes de gas distantes cuya composición química coincide con lo que esperamos de las primeras explosiones estelares. Estos hallazgos nos acercan un paso más a la comprensión de la naturaleza de las primeras estrellas que se formaron tras el Big Bang.
"Por primera vez, hemos podido identificar las huellas químicas de las explosiones de las primeras estrellas en nubes de gas muy distantes", afirma Andrea Saccardi, estudiante de doctorado en el Observatorio de París - PSL, que dirigió este estudio durante su tesis de máster en la Universidad de Florencia.
Los investigadores creen que las primeras estrellas que se formaron en el Universo eran muy distintas de las que vemos hoy. Cuando aparecieron, hace 13.500 millones de años, sólo contenían hidrógeno y helio, los elementos químicos más simples de la naturaleza. Estas estrellas, que se cree que eran decenas o cientos de veces más masivas que nuestro Sol, murieron rápidamente en potentes explosiones conocidas como supernovas, enriqueciendo por primera vez el gas circundante con elementos más pesados. De ese gas enriquecido nacieron generaciones posteriores de estrellas que, a su vez, expulsaron elementos más pesados al morir. Pero las primeras estrellas desaparecieron hace mucho tiempo, así que ¿cómo pueden los investigadores saber más sobre ellas? "Las estrellas primordiales pueden estudiarse indirectamente detectando los elementos químicos que dispersaron en su entorno tras su muerte", explica Stefania Salvadori, profesora asociada de la Universidad de Florencia y coautora del estudio publicado hoy en Astrophysical Journal.
Utilizando datos tomados con el VLT de ESO en Chile, el equipo encontró tres nubes de gas muy distantes, observadas cuando el Universo tenía sólo el 10-15% de su edad actual, y con una huella química que coincide con lo que esperamos de las explosiones de las primeras estrellas. Dependiendo de la masa de estas primeras estrellas y de la energía de sus explosiones, estas primeras supernovas liberaron distintos elementos químicos como carbono, oxígeno y magnesio, presentes en las capas externas de las estrellas. Pero algunas de estas explosiones no fueron lo suficientemente energéticas como para expulsar elementos más pesados como el hierro, que sólo se encuentra en el núcleo de las estrellas. Para encontrar la señal reveladora de estas primeras estrellas que explotaron como supernovas de baja energía, el equipo buscó nubes de gas distantes pobres en hierro pero ricas en otros elementos. Y encontraron precisamente eso: tres nubes lejanas en el Universo temprano con muy poco hierro pero mucho carbono y otros elementos, la huella dactilar de las explosiones de las primeras estrellas.
Esta peculiar composición química también se ha observado en muchas estrellas viejas de nuestra galaxia, que los investigadores consideran estrellas de segunda generación que se formaron directamente de las "cenizas" de las primeras. Este nuevo estudio ha encontrado tales cenizas en el Universo primitivo, añadiendo así una pieza que faltaba a este rompecabezas. "Nuestro descubrimiento abre nuevas vías para estudiar indirectamente la naturaleza de las primeras estrellas, complementando plenamente los estudios sobre las estrellas de nuestra galaxia", explica Salvadori.
Para detectar y estudiar estas nubes de gas distantes, el equipo utilizó faros de luz conocidos como cuásares, fuentes muy brillantes alimentadas por agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias lejanas. Cuando la luz de un cuásar viaja por el Universo, atraviesa nubes de gas en las que diferentes elementos químicos dejan una huella en la luz.
Para encontrar estas huellas químicas, el equipo analizó los datos de varios cuásares observados con el instrumento X-shooter del VLT de ESO. El X-shooter divide la luz en una gama extremadamente amplia de longitudes de onda, o colores, lo que lo convierte en un instrumento único con el que identificar muchos elementos químicos diferentes en estas nubes distantes.
Este estudio abre nuevas ventanas para telescopios e instrumentos de próxima generación, como el próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO y su Espectrógrafo Echelle de Alta Dispersión ArmazoNes (ANDES) de alta resolución. "Con ANDES en el ELT podremos estudiar muchas de estas raras nubes de gas con mayor detalle, y podremos desvelar por fin la misteriosa naturaleza de las primeras estrellas", concluye Valentina D'Odorico, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia y coautora del estudio.
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