Fósil estelar: huellas de supernova de pares inestables de primeras estrellas muy masivas. Fuente: NAOC
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, su distribución masiva es uno de los mayores misterios sin resolver del cosmos.
Las simulaciones numéricas de la formación de las primeras estrellas estiman que la masa de las primeras estrellas era de varios cientos de masas solares. Entre ellas, las primeras estrellas con masas entre 140 y 260 masas solares terminaron como supernovas inestables en pares (PISNe). Las PISN son muy diferentes de las supernovas ordinarias (es decir, las supernovas de Tipo II y Tipo Ia) e imprimirían una firma química única en la atmósfera de las estrellas de la próxima generación. Sin embargo, no se encontró tal firma.
Una nueva investigación dirigida por el prof. Zhao Ganga, de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia China de Ciencias (NAOC), identificó una estrella químicamente peculiar (LAMOST J1010+2358) en el halo galáctico como clara evidencia del PISNe de las primeras estrellas muy masivas del Universo primitivo, basándose en el LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) y las observaciones espectrales de alta resolución del Telescopio Subaru. Se confirmó que esta estrella se formó en una nube de gas dominada por el rendimiento PISN de 260 masas solares.
El equipo también incluye investigadores de los Observatorios de Yunnan de CAS, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y la Universidad de Monash en Australia.
Este estudio fue publicado en línea en Naturaleza.
El equipo de investigación realizó más observaciones espectroscópicas de alta resolución de J1010+2358 con el telescopio Subaru y obtuvo abundancias de más de diez elementos. La característica más significativa de esta estrella es su contenido extremadamente bajo de sodio y cobalto. Su proporción de sodio a hierro es menos de 1/100 del valor del sol. Esta estrella también exhibe una variabilidad muy alta en la abundancia de elementos con cargas pares e impares, como sodio/magnesio y cobalto/níquel.
Comparación de abundancias observadas y modelos. La abundancia química de J1010+2358 comparada con las predicciones de tres modelos teóricos de supernova. Las barras de error son incertidumbres de 1 sigma de las abundancias observadas. Fuente: NAOC
“La variación específica entre pares e impares, junto con las deficiencias de sodio y elementos α en esta estrella, son consistentes con la predicción original de PISN para estrellas de primera generación de 260 masas solares”, dijo el Dr. Xing Qianfan, primer autor del estudio. .
El descubrimiento de J1010+2358 es una evidencia directa de la inestabilidad hidrodinámica provocada por la producción de un par electrón-positrón en la teoría de la evolución de estrellas muy masivas. La formación de pares electrón-positrón reduce la presión térmica dentro del núcleo de una estrella muy masiva y conduce a un colapso parcial.
“Esto proporciona una pista importante sobre la restricción de la función de masa inicial en el universo primitivo”, dijo el Prof. Zhao Gang, autor corresponsal de investigación. “Antes de esta investigación, no se había encontrado evidencia de supernovas de estrellas tan masivas en estrellas pobres en metales”.
Además, la abundancia de hierro en LAMOST J1010+2358 ([Fe/H] = -2,42) es mucho mayor que las estrellas más pobres en metales del halo galáctico, lo que sugiere que las estrellas de segunda generación formadas en gas dominado por PISN pueden ser más ricas en metales de lo esperado.
“Uno de los santos griales de la búsqueda de estrellas pobres en metales es encontrar evidencia de estas primeras supernovas de inestabilidad de pares”, dijo el Prof. Avi Loeb, expresidente del Departamento de Astronomía de la Universidad de Harvard.
Profe. Timothy Beers, catedrático de astrofísica de la Universidad de Notre Dame, comentó sobre los resultados: “Este artículo representa, que yo sepa, la primera asociación definitiva de una estrella de halo galáctico con un patrón de abundancia derivado de PISN”.
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China