Estudian las estrellas más antiguas de la Galaxia

Concentrados en el núcleo o bulbo de la Vía Láctea, estos objetos celestes, con edades estimadas entre los 13 y los 14 mil millones de años, son testigos de la infancia del Universo

Por José Tadeu Arantes

Agência FAPESP – De acuerdo con la mayoría de los modelos, y también según evidencias que aportan observaciones recientes, el bulbo es la primera estructura que se forma en las galaxias espirales. Por ende, es al menos tan antiguo como el halo que lo envuelve. Por eso mismo, el núcleo de la Vía Láctea albergaría las estrellas más ancianas de nuestra galaxia, con edades superiores a los 13 mil millones de años.

Esas estrellas antiguas –consideradas de segunda generación, pues las de la primera generación habrían desaparecido hace ya mucho tiempo, al explotar y enriquecer al medio con elementos químicos sintetizados en sus interiores– serían testigos de la infancia del Universo. De allí el gran interés que existe en estudiarlas.

Y éste es uno de los objetivos del proyecto temático intitulado “Evolución química y poblaciones estelares galácticas y extragalácticas mediante espectroscopia e imágenes”, coordinado por Beatriz Barbuy, profesora titular del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), Brasil. Este proyecto, que se puso en marcha en 2011 y cuyo término está previsto para este año, cuenta con el apoyo de la FAPESP.

“Se cree que la primera generación de estrellas estuvo constituida por cuerpos masivos, que rápidamente explotaron y poblaron el medio con elementos químicos procesados en su interior. Las estrellas que se formaron a continuación, de masas normales, habrían incorporado los elementos químicos producidos por la primera generación. Esas poblaciones estelares de segunda generación, pobres en metales, constituyen nuestros principales objetos de estudio”, dijo Barbuy en declaraciones a Agência FAPESP.

El hecho de que el núcleo sea presuntamente la estructura más antigua de la galaxia hace que la búsqueda de las estrellas ancianas se concentre fundamentalmente en esa zona. Pero los objetos de segunda generación también se buscan en el halo, donde se constata la presencia de estrellas muy pobres en metales. Silvia Cristina Fernandes Rossi, del IAG-USP, quien también integra el Proyecto Temático, ha venido estudiando sistemáticamente esas estrellas del halo.

Como regla general, podría considerarse que la metalicidad es un marcador de la longevidad de una estrella, ya que el hecho de que sea rica en metales indica que ha incorporado materiales sintetizados por estrellas de generaciones anteriores.

“Pero ese razonamiento no puede aplicarse de manera mecánica, pues debido a la alta concentración de estrellas en el bulbo galáctico, el enriquecimiento en elementos químicos en esa región es mucho más rápido que en el halo”, ponderó Barbuy.

En efecto, el bulbo de la Vía Láctea es sumamente denso. Esa región de formato esferoidal, con tan sólo 10 mil años luz de radio, concentra alrededor de 10^¹º masas solares, en tanto que la masa total de la Vía Láctea, estimada en 5,8×10^¹¹ masas solares, se distribuye en un enorme disco de un diámetro del orden de los 100 mil años luz.

“Las estrellas se forman 10 veces más rápido en el núcleo que en las cercanías del Sol. Por ese motivo, el medio se enriquece muy rápidamente, y hay pocas estrellas pobres en metales en esa zona”, dijo Barbuy.

“En colaboración con Cristina Chiappini, actualmente en el Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, de Alemania, y también con otros científicos, estamos desarrollando un modelo de evolución química que muestra que el enriquecimiento rápido derivó en la existencia de una población de bulbo muy antigua y con alta metalicidad. Las estrellas de esa población pueden ser las más ancianas de la Galaxia”, dijo.

“En 2011 publicamos un artículo en Nature donde postulábamos la hipótesis de que esas estrellas antiguas fueron enriquecidas por estrellas masivas de alta rotación, a las que denominamos spinstars. Con Cesar Henrique Siqueira Mello Junior arribamos recientemente a la confirmación de esa hipótesis”, comentó Barbuy.

Hipernovas

Con una edad del orden de los 13.700 millones de años, las spinstars se habrían formado poco tiempo después del Big Bang. Concentrarían masas ocho o más veces mayores que la masa solar y girarían alrededor de sus propios ejes a una velocidad superficial de 1.800.000 kilómetros por hora.

A modo de comparación, la velocidad superficial de rotación de esas estrellas masivas ultrarrápidas sería 250 veces mayor que la del Sol, que es de 7.200 kilómetros por hora.

Se cree que habrían sobrevivido sólo durante 30 millones de años, lo que constituye un lapso de tiempo sumamente corto en la escala del tiempo estelar. Al explotar, al final de su ciclo de existencia, eyectaron materiales pesados hacia el medio, con lo cual su metalicidad aumentó.

“Otra evidencia que obtuvimos –Amâncio Friaça, Carlos Roberto da Silveira y yo– indicó que el enriquecimiento de las estrellas del bulbo galáctico puede haberse procesado por medio de hipernovas. Estas estrellas, cuya explosión es 10 veces más energética que la de las supernovas comunes, fueron definidas por el investigador japonés Kenichi Nomoto. Según Nomoto y sus colaboradores, la altísima energía de explosión de las hipernovas derivaría del hecho de que poseen previamente un agujero negro con alta rotación en su centro”, dijo Barbuy.

Puede ser que los términos spinstars e hipernovas sean tan sólo nombres diferentes asignados a un mismo tipo de objetos. Pero esto aún no está probado. Friaça, Da Silveira y Barbuy utilizaron el modelo de Nomoto para explicar la razón entre los contenidos de cinc y hierro de 56 estrellas del núcleo galáctico. El artículo al respecto fue presentado para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysics.