Varios cientos de millones de años después del Big Bang, las primeras estrellas estallaron en el universo como acumulaciones masivamente brillantes de gas hidrógeno y helio. Dentro de los núcleos de estas primeras estrellas, extremo, Las reacciones termonucleares forjaron los primeros elementos más pesados, incluido el carbono, planchar, y zinc.

Estas primeras estrellas probablemente fueron inmensas, bolas de fuego de corta duración, y los científicos han asumido que explotaron como supernovas esféricas similares.

Pero ahora, los astrónomos del MIT y otros lugares han descubierto que estas primeras estrellas pueden haber estallado en pedazos de una manera más poderosa, moda asimétrica, arrojando chorros que eran lo suficientemente violentos como para expulsar elementos pesados ​​a las galaxias vecinas. Estos elementos finalmente sirvieron como semillas para la segunda generación de estrellas, algunos de los cuales todavía se pueden observar hoy.

En un artículo publicado hoy en Diario astrofísico , los investigadores informan una gran abundancia de zinc en HE 1327-2326, un antiguo, estrella superviviente que se encuentra entre la segunda generación de estrellas del universo. Creen que la estrella solo pudo haber adquirido una cantidad tan grande de zinc después de que una explosión asimétrica de una de las primeras estrellas hubiera enriquecido su nube de gas de nacimiento.

"Cuando una estrella explota, una parte de esa estrella es absorbida por un agujero negro como una aspiradora, "dice Anna Frebel, profesor asociado de física en el MIT y miembro del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Solo cuando tienes algún tipo de mecanismo, como un chorro que puede arrancar material, ¿Puedes observar ese material más adelante en una estrella de próxima generación? Y creemos que eso es exactamente lo que pudo haber sucedido aquí ".

"Esta es la primera evidencia observacional de que una supernova asimétrica tuvo lugar en el universo temprano, "añade Rana Ezzeddine, postdoctoral del MIT, el autor principal del estudio. "Esto cambia nuestra comprensión de cómo explotaron las primeras estrellas".

"Una pizca de elementos"

HE 1327-2326 fue descubierto por Frebel en 2005. En ese momento, la estrella fue la estrella más pobre en metales jamás observada, lo que significa que tenía concentraciones extremadamente bajas de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, una indicación de que se formó como parte de la segunda generación de estrellas. en un momento en que la mayor parte del contenido de elementos pesados ​​del universo aún no se había falsificado.

"Las primeras estrellas eran tan masivas que tuvieron que explotar casi de inmediato, "Dice Frebel." Las estrellas más pequeñas que se formaron como la segunda generación todavía están disponibles hoy, y conservan el material primitivo que dejaron estas primeras estrellas. Nuestra estrella tiene solo una pizca de elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, así que sabemos que debe haberse formado como parte de la segunda generación de estrellas ".

En mayo de 2016, el equipo pudo observar la estrella que orbita cerca de la Tierra, solo 5, 000 años luz de distancia. Los investigadores ganaron tiempo en el telescopio espacial Hubble de la NASA durante dos semanas, y registró la luz de las estrellas en múltiples órbitas. Usaron un instrumento a bordo del telescopio, el espectrógrafo de los orígenes cósmicos, para medir las abundancias diminutas de varios elementos dentro de la estrella.

El espectrógrafo está diseñado con alta precisión para captar luz ultravioleta tenue. Algunas de esas longitudes de onda son absorbidas por ciertos elementos, como el zinc. Los investigadores hicieron una lista de elementos pesados ​​que sospechaban que podrían estar dentro de una estrella tan antigua, que planeaban buscar en los datos UV, incluido el silicio, planchar, fósforo y zinc.

"Recuerdo haber obtenido los datos y al ver esta línea de zinc aparecer, y no lo podíamos creer así que rehicimos el análisis una y otra vez, "Recuerda Ezzeddine." Descubrimos que, no importa como lo medimos, obtuvimos esta gran abundancia de zinc ".

Se abre un canal estrella

Frebel y Ezzeddine luego contactaron a sus colaboradores en Japón, que se especializan en el desarrollo de simulaciones de supernovas y las estrellas secundarias que se forman a raíz de ellas. Los investigadores corrieron más de 10, 000 simulaciones de supernovas, cada uno con diferentes energías de explosión, configuraciones, y otros parámetros. Descubrieron que, si bien la mayoría de las simulaciones de supernovas esféricas pudieron producir una estrella secundaria con las composiciones elementales que los investigadores observaron en HE 1327-2326, ninguno de ellos reprodujo la señal del zinc.

Como resulta, la única simulación que podría explicar la composición de la estrella, incluyendo su alta abundancia de zinc, fue uno de un asférico, supernova eyectora de chorro de una primera estrella. Tal supernova habría sido extremadamente explosiva, con una potencia equivalente a aproximadamente un billón de veces (eso es 10 con 30 ceros después) la de una bomba de hidrógeno.

"Descubrimos que esta primera supernova era mucho más enérgica de lo que la gente pensaba antes, entre cinco y diez veces más, "Dice Ezzeddine." De hecho, la idea previa de la existencia de una supernova más tenue para explicar las estrellas de segunda generación pronto necesitará ser retirada ".

Los resultados del equipo pueden cambiar la comprensión de los científicos sobre la reionización, un período crucial durante el cual el gas en el universo pasó de ser completamente neutral, a ionizado, un estado que hizo posible que las galaxias tomaran forma.

"La gente pensó a partir de las primeras observaciones que las primeras estrellas no eran tan brillantes o enérgicas, y así cuando explotaron, no participarían mucho en la reionización del universo, ", Dice Frebel." En cierto sentido, estamos rectificando esta imagen y mostrando, tal vez las primeras estrellas tuvieron suficiente empuje cuando explotaron, y tal vez ahora sean fuertes contendientes para contribuir a la reionización, y por causar estragos en sus propias pequeñas galaxias enanas ".

Estas primeras supernovas también podrían haber sido lo suficientemente poderosas como para disparar elementos pesados ​​hacia las "galaxias vírgenes" vecinas que aún no habían formado estrellas propias.

"Una vez que tenga algunos elementos pesados ​​en un gas de hidrógeno y helio, te resulta mucho más fácil formar estrellas, especialmente los más pequeños, "Dice Frebel." La hipótesis de trabajo es, tal vez se formaron estrellas de segunda generación de este tipo en estos sistemas vírgenes contaminados, y no en el mismo sistema que la propia explosión de supernova, que es siempre lo que habíamos asumido, sin pensar de otra manera. Así que esto está abriendo un nuevo canal para la formación estelar temprana ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.