La galaxia formadora de estrellas más pobre en oxígeno jamás encontrada encontró evidencia de que las primeras galaxias que se formaron después del nacimiento del universo brillaban con estrellas supermasivas que dejaron grandes agujeros negros.

Estas galaxias son raras hoy en día, porque casi tan pronto como una galaxia inicia la formación de estrellas, las estrellas masivas producen grandes cantidades de oxígeno, que es el elemento más abundante en el cosmos después del hidrógeno y el helio. Los astrónomos valoran las pocas galaxias de este tipo que se encuentran cerca de su hogar porque brindan información sobre las condiciones en el Universo temprano, antes de que las estrellas produjeran una gran cantidad de oxígeno (SN: 07/08/19).

La relación oxígeno-hidrógeno de la nueva galaxia, una medida estándar de la abundancia relativa de oxígeno en el cosmos, está muy por debajo del 2 por ciento del contenido solar, informan los investigadores en un artículo publicado en el Diario astrofísico y publicado en línea el 22 de marzo en arXiv.org.

«Es bastante difícil registrar un objeto tan raro», dice el astrofísico Takashi Kojima, quien hizo el descubrimiento junto con sus colegas cuando estaba en la Universidad de Tokio.

La galaxia récord llamada HSC J1631 + 4426, encontrada con el telescopio Subaru en Hawai, se encuentra en la constelación de Hércules a 430 millones de años luz de la Tierra. La galaxia es una enana con muchas menos estrellas para producir oxígeno que la Vía Láctea. Estas relativamente pocas estrellas le dieron a la enana solo una pizca de oxígeno: un átomo de oxígeno por cada 126.000 átomos de hidrógeno. Eso es solo del 1,2 al 1,6 por ciento del contenido de oxígeno en el sol.

«Cada nueva galaxia es buena», dice Trinh Thuan, astrónomo de la Universidad de Virginia en Charlottesville que ayudó a encontrar al campeón anterior hace cuatro años. “Contamos el número de [very oxygen-poor galaxies] en la palma de nuestra mano. “La relación oxígeno-hidrógeno de la nueva galaxia es el 83 por ciento del poseedor del récord anterior J0811 + 4730, que está a 620 millones de años luz de distancia en la constelación de Lynx.

Galaxy I Zwicky 18
Una galaxia recién descubierta tiene solo aproximadamente la mitad de la proporción de oxígeno a hidrógeno de I Zwicky 18 (imagen), que una vez tuvo el récord de la galaxia de formación de estrellas más pobre en oxígeno conocida.NASA, ESA, A. Aloisi / Instituto Científico del Telescopio Espacial y Agencia Espacial Europea.

En HSC J1631 + 4426, Kojima y sus colegas también encuentran extrañas cantidades de otro elemento químico: el hierro. Si bien la cantidad total de hierro en la galaxia es pequeña, «encontramos que la proporción de hierro a oxígeno es sorprendentemente alta», dice.

El mismo patrón ocurre en la galaxia desoxigenada en Lynx. Por el contrario, las estrellas antiguas de la Vía Láctea son típicamente bajas en hierro en relación con el oxígeno. Esto se debe a que las estrellas recién nacidas obtienen la mayor parte de su hierro de las explosiones de estrellas longevas. Estas explosiones aún no habían ocurrido cuando se formaron las estrellas más antiguas de la Vía Láctea. En las dos galaxias casi intactas, sin embargo, la cantidad de hierro en relación con el oxígeno es tan alta como la del sol, que absorbió grandes cantidades de ambos elementos de generaciones anteriores de estrellas.

«Este es un patrón muy inusual y no es obvio cómo explicarlo», dice Volker Bromm, astrofísico de la Universidad de Texas en Austin que no participó en el descubrimiento.

Justo antes de que Kojima recibiera su Ph.D. En 2020 se encontró con una posible explicación: las estrellas con masas altas en densos cúmulos estelares se fusionaron para formar estrellas goliat que eran más de 300 veces más masivas que el sol. Estas superestrellas explotaron y rociaron sus hogares galácticos con hierro y oxígeno, lo que resultó en altas proporciones de hierro a oxígeno en las dos galaxias primitivas, así como una fuente de bajos niveles de oxígeno.

No existen estrellas tan masivas en la Vía Láctea moderna. Pero Kojima dice que su presencia en las dos galaxias formadoras de estrellas más pobres en oxígeno sugiere que las galaxias primitivas también las tenían.

Cuando las superestrellas murieron, deberían haber dejado agujeros negros de masa media más de 100 veces más masivos que el sol (SN: 02.09.20). Eso es aproximadamente diez veces más masivo que los agujeros negros típicos que se pueden formar cuando mueren las estrellas brillantes.

El equipo de Kojima ve evidencia de estos grandes agujeros negros en la galaxia recién descubierta. El gas que gira alrededor de agujeros negros tan grandes como este debería calentarse tanto que emite fotones de alta energía o partículas de luz. Debido a su alta energía, estos fotones incluso arrancarían electrones de los átomos de helio, que están firmemente unidos a sus electrones, y convertirían los átomos en iones con carga positiva. Efectivamente, la galaxia de Hércules emite una longitud de onda de luz azul que proviene de tales iones de helio.

La galaxia que batió récords es «un emocionante adelanto de lo que está por venir», dice Bromm. En los próximos años, dice, se abrirán telescopios gigantes para encontrar galaxias aún más extremas (SN: 10/1/20). «Entonces tendremos una maravillosa oportunidad complementaria para aprender sobre el universo primitivo».

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