Reconstruyen la extraña muerte de antiguas estrellas

Algunas estrellas primordiales -de entre 55.000 y 56.000 veces la masa de nuestro Sol- podrían haber muerto de una forma extraña. En su desenlace, estos objetos incluidos en la primera generación de estrellas del Universo, habrían explotado como supernovas quemándose completamente, sin dejar agujero negro remanente atrás. Astrofísicos de la Universidad de California, Santa Cruz (UCSC) y la Universidad de Minnesota llegaron a esta conclusión después de ejecutar una serie de simulaciones en supercomputadoras en el Centro de Computación Científica Nacional (NERSC) y en el Minnesota Supercomputing Institute (DOE). Se basaron en gran medida en CASTRO, un código de astrofísica desarrollado en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que ha informado de este logro. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en la revista 'Astrophysical Journal'.

Las estrellas de primera generación son especialmente interesantes, ya que produjeron los primeros elementos pesados o elementos químicos distintos de hidrógeno y helio. En su muerte, expulsaron sus creaciones químicas al espacio exterior, allanando el camino para las siguientes generaciones de estrellas, sistemas solares y galaxias. Con una mayor comprensión de cómo murieron estas primeras estrellas, los científicos esperan recoger algunas ideas acerca de cómo llegó a ser el Universo, tal como lo conocemos hoy en día.

"Encontramos que hay una estrecha ventana donde las estrellas supermasivas podrían explotar por completo en lugar de convertirse en un agujero negro supermasivo, y nunca nadie ha encontrado este mecanismo antes", dice Ke-Jung Chen, investigador postdoctoral en la UCSC y autor principal del estudio. Para modelar la vida de una estrella supermasiva primordial, Chen y sus colegas utilizaron un código de evolución estelar unidimensional llamado Kepler. Este código tiene en cuenta los procesos clave como la combustión nuclear y la convección estelar. Y, relevante para las estrellas masivas, la foto-desintegración de elementos, la producción de pares electrón-positrón y los efectos relativistas especiales. El equipo también incluyó los efectos relativistas generales, que son importantes para las estrellas por encima de 1.000 masas solares.

Encontraron que las estrellas primordiales entre 55.000 a 56.000 masas solares viven alrededor de 1,69 millones años antes de convertirse en inestables debido a los efectos relativistas generales y luego comienzan a derrumbarse. Como la estrella colapsa, comienza a sintetizar rápidamente los elementos pesados como el oxígeno, neón, magnesio y silicio a partir del helio en su núcleo. Este proceso libera más energía que la energía de enlace de la estrella, deteniendo el colapso y causando una explosión masiva: una supernova.

Para modelar los mecanismos de muerte de estas estrellas, Chen y sus colegas utilizaron un código desarrollado en Berkeley Lab por los científicos Ann Almgren y John Bell. Estas simulaciones muestran que una vez que el colapso se invierte, las inestabilidades de Rayleigh-Taylor mezclan elementos pesados producidos en los momentos finales de la estrella. Los investigadores dicen que esta mezcla debe crear una firma observacional distinta que podría ser detectada por los próximos experimentos en el infrarrojo cercano, como Euclides de la Agencia Espacial Europea y el Wide-Field Infrared Survey Telescope de la NASA.

Dependiendo de la intensidad de las supernovas, algunas estrellas supermasivos podrían, cuando explotan, enriquecer toda su galaxia anfitriona e incluso algunas galaxias cercanas con elementos que van desde el carbono al silicio. En algunos casos, la supernova puede incluso desencadenar un estallido de formación estelar en la galaxia anfitriona, lo que la haría visualmente distinta de otras galaxias jóvenes.