Nuevas pistas sobre la formación de cúmulos globulares: sus estrellas ultramasivas

Los cúmulos globulares son bestias extrañas. No son galaxias, pero al igual que las galaxias, son una colección de estrellas unidas gravitacionalmente. Pueden contener millones de estrellas densamente empaquetadas y son viejas. Realmente viejo. Probablemente se formaron cuando el universo tenía solo unos 400 millones de años. Pero los detalles de sus orígenes aún no están claros.

Sabemos que los cúmulos globulares son viejos porque no muestran producción de estrellas y las estrellas que contienen son estrellas viejas con bajo contenido de metal. Esto sugiere que los cúmulos se formaron temprano en el período de formación de estrellas del universo y hace mucho tiempo que se agotaron o arrojaron polvo y gas para formar nuevas estrellas. Las estrellas en un cúmulo globular tienen edades y composiciones químicas similares, lo que sugiere un cúmulo globular formado a partir de una sola nube molecular grande.

Al menos esa era la teoría. Pero a medida que los astrónomos estudiaban los cúmulos globulares más de cerca, encontraron extrañas variaciones químicas en las estrellas de un cúmulo globular en particular. Algunas estrellas tienen distintas abundancias de elementos como oxígeno, nitrógeno y sodio que no se ven en otras estrellas del cúmulo. Si las estrellas en un cúmulo globular se forman a partir de la misma nube molecular aproximadamente al mismo tiempo, ¿por qué algunas estrellas serían tan distintas? Un nuevo estudio publicado en Astronomía y Astrofísica indica una solución.

En este estudio, los autores examinaron un cúmulo globular de alto corrimiento al rojo conocido como GN-z11. Este cúmulo se encuentra en un corrimiento al rojo de z=10,6, por lo que lo vemos en un momento en que solo tenía decenas de millones de años. Usando observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST), encontraron un denso cúmulo de estrellas activas con producción estelar. También encontraron que el grupo tenía una alta abundancia relativa de nitrógeno. Esto es interesante porque los niveles de nitrógeno tan altos probablemente se producen en las primeras estrellas supermasivas.

Los astrónomos han pensado durante mucho tiempo que muchas de las primeras generaciones de estrellas eran estrellas supermasivas. Habrían estado compuestos solo de hidrógeno y helio, con masas de 5.000 a 10.000 veces la del Sol. Estas bestias estelares habrían vivido solo unos cientos de miles de años antes de morir en una explosión cataclísmica. Al morir, estas estrellas habrían sembrado el universo con elementos como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno.

Otra posible solución a la abundancia de nitrógeno de GN-z11 es utilizar el subproducto de las estrellas Wolf-Rayet de segunda generación, que experimentan un largo período de rechazo de sus capas exteriores antes de morir. Pero dada la antigüedad del GN-z11, eso parece poco probable. Al equipo le gustaría observar otros cúmulos globulares de alto corrimiento al rojo para distinguir entre estas dos posibilidades.

Si el modelo de estrella supermasivo es correcto, podría ser que los cúmulos globulares se formen de manera similar a las galaxias. Así como los agujeros negros supermasivos son responsables de la formación temprana y la producción estelar de las galaxias, las estrellas supermasivas podrían ser las semillas de los cúmulos globulares.

Referencia: Charbonnel, C., et al. «N-mejora en GN-z11: ¿primera evidencia de nucleosíntesis de estrellas supermasivas en condiciones similares a un cúmulo protoglobular de alto desplazamiento al rojo?.” Astronomía y Astrofísica 673 (2023):L7.