Un estudio revela que las estrellas extremadamente masivas influyeron en la formación y evolución de los cúmulos estelares más antiguos del universo, enriqueciendo su química y contribuyendo a la creación de agujeros negros.
Investigadores de la Universidad de Barcelona revelan el papel crucial de las estrellas extremadamente masivas en la formación de cúmulos estelares antiguos.
Un equipo internacional, liderado por el investigador ICREA Mark Gieles, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), ha desarrollado un innovador modelo que desvela cómo las estrellas extremadamente masivas (EMS), aquellas que superan las 1.000 veces la masa del Sol, han influido decisivamente en el nacimiento y evolución primitiva de los cúmulos estelares más antiguos del universo.
Este estudio, publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, pone de manifiesto cómo estos gigantes estelares, caracterizados por su corta vida, han marcado profundamente la química de los cúmulos globulares (GC), considerados algunos de los sistemas estelares más antiguos y enigmáticos del cosmos.
Los cúmulos globulares son agrupaciones densas y esféricas que albergan cientos de miles o incluso millones de estrellas, presentes en casi todas las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. La mayoría tiene más de 10.000 millones de años, lo que indica que se formaron poco después del big bang.
A lo largo del tiempo, estas estrellas han mostrado firmas químicas inusuales, como abundancias anómalas de elementos como helio, nitrógeno, oxígeno, sodio, magnesio y aluminio. Estas características han desafiado toda explicación durante décadas y sugieren procesos complejos de enriquecimiento durante la formación de cúmulos a partir de contaminantes extremadamente calientes.
El nuevo modelo propuesto amplía un enfoque conocido como inertial-inflow model, adaptándolo a los entornos extremos del universo primigenio. Los investigadores han demostrado que en los cúmulos más masivos, el gas turbulento da lugar naturalmente a la formación de estrellas extremadamente masivas (EMS) con masas entre 1.000 y 10.000 veces la masa solar. Estas EMS generan vientos estelares potentes ricos en productos resultantes de la combustión del hidrógeno a altas temperaturas, que luego se mezclan con el gas circundante para formar estrellas con características químicas distintivas.
Las investigadoras Laura Ramírez Galeano y Corinne Charbonnel, ambas pertenecientes a la Universidad de Ginebra, subrayan que «ya se sabía que las reacciones nucleares en los centros de estrellas extremadamente masivas podían crear los patrones adecuados. Ahora contamos con un modelo que proporciona un camino natural para formar estas estrellas en cúmulos estelares masivos».
Este proceso ocurre rápidamente —en un periodo aproximado de 1 a 2 millones de años— antes de que cualquier supernova explote, asegurando así que el gas del cúmulo permanezca libre de contaminación por eventos explosivos posteriores.
Las implicaciones del hallazgo trascienden nuestra propia Vía Láctea. Los autores sugieren que las galaxias ricas en nitrógeno identificadas por el telescopio espacial James Webb (JWST) probablemente están dominadas por cúmulos globulares compuestos por estrellas extremadamente masivas (EMS), formados durante las primeras etapas galácticas.
"Las estrellas extremadamente masivas podrían haber desempeñado un papel clave en la formación inicial de galaxias", añade Paolo Padoan, investigador en Dartmouth College e ICCUB-IEEC. "Su luminosidad y producción química explican naturalmente las protogalaxias enriquecidas en nitrógeno observadas actualmente en el universo primitivo gracias al JWST".
A medida que estas colosales estrellas agotan su combustible nuclear, es probable que colapsen formando agujeros negros intermedios (con masas superiores a 100 veces la masa solar), cuya existencia podría ser detectada mediante señales gravitacionales.
La investigación ofrece un marco integrador que conecta diversos aspectos: desde la física involucrada en la formación estelar hasta la evolución química y estructural dentro del contexto galáctico primitivo.