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Astronomía

Un enigma en la Vía Láctea

Un equipo internacional identifica en la galaxia estrellas jóvenes con composición química de estrellas viejas

Astros poco comunes: representación artística de estrellas gigantes rojas de composición química atípica recientemente identificadas

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El descubrimiento de estrellas relativamente jóvenes con una composición química típica de estrellas antiguas prueba que un método empleado para estimar la edad de estrellas lejanas de la galaxia, el llamado “reloj químico” de la Vía Láctea, no siempre funciona. Esas estrellas fueron detectadas recientemente por un equipo internacional de astrónomos coordinado por la brasileña Cristina Chiappini y descritas en un artículo de la edición de abril de la revista Astronomy & Astrophysics. Sin embargo, el origen de esos astros jóvenes con cara de ancianos sigue siendo un misterio.

Chiappini, investigadora del Instituto Leibniz para Astrofísica, con sede en Potsdam, Alemania, notó la existencia de esos objetos celestes poco comunes cuando su alumno de doctorado Friedrich Anders le presentó un análisis de 622 estrellas de diversas partes del disco de la Vía Láctea. La científica desarrolla modelos de evolución química estelar para deducir cuándo y dónde nacieron las estrellas de la galaxia. Una de las previsiones de esos modelos apunta que, cuantos más átomos de hierro posee una estrella con relación a elementos químicos denominados alfa, más joven es.

Para corroborar esta previsión, Anders comparó la composición química de las estrellas, obtenida por astrónomos del estudio Apogee, con su edad, calculada por investigadores del telescopio espacial CoRoT. En el Apogee se investiga la evolución de la galaxia mediante la utilización de instrumentos sensibles a la luz infrarroja, montados en el telescopio de 2,5 metros del observatorio Sloan, en Nuevo México, Estados Unidos. En tanto, el CoRoT es un satélite desarrollado en el marco de una colaboración franco-europea-brasileña que permite investigar la estructura interna de las estrellas y determinar su edad.

Anders confirmó que las edades de la mayoría de las 622 estrellas determinadas por el CoRoT coincidían con la franja etaria sugerida por su composición química. Alrededor de 20 de estas estrellas, no obstante, llamaban la atención por tener proporcionalmente más elementos químicos alfa que hierro en relación con lo que se esperaría debido a sus edades. “Creemos que algo extraño estaba ocurriendo”, recuerda Chiappini.

057-059_Estrelas novas_232Intrigados, Chiappini y Anders le solicitaron a uno de sus colaboradores en el proyecto CoRoT, el astrónomo Benoit Mosser, del Observatorio de París, que reanalizase los datos sobre cada una de las estrellas en detalle, para calcular mejor sus edades. La confirmación de las edades de las estrellas pobres en hierro causó asombro. “Son demasiado jóvenes”, dice Chiappini. “Una de ellas, por ejemplo, tiene la proporción de elementos químicos esperada para una estrella con 10 mil millones de años, pero su edad es de tan sólo dos mil millones de años.”

Excepto en circunstancias muy especiales, los astrónomos difícilmente logran determinar la edad de estrellas de la Vía Láctea situadas a más de 80 años luz de distancia del Sol. La mayoría de los telescopios no logran determinar las propiedades de estrellas tan lejanas con la precisión necesaria como para que los astrónomos consigan calcular su edad. Sin embargo, existe una manera menos precisa de estimar si una estrella lejana es muy joven o muy antigua examinando sus elementos químicos.

Un reloj roto
Este método es el del “reloj químico”, que se basa en el siguiente razonamiento: las primeras estrellas de la galaxia habrían nacido a partir de nubes de gas primordial, compuesto tan sólo por elementos químicos livianos –hidrógeno, helio y un poco de litio–, generados durante el Big Bang, el evento que habría originado el Universo. La muerte explosiva de estrellas gigantes, con masas entre 8 y 10 veces superiores a la del Sol, habría agregado elementos químicos más pesados al gas primordial, especialmente los llamados elementos alfa: oxígeno, magnesio, silicio, calcio y titanio, creados a partir de la fusión de núcleos de helio en el interior de esas estrellas.

Esas explosiones, conocidas como supernovas tipo II, son las principales fuentes de dichos elementos químicos en la galaxia. En tanto, la mayor parte del hierro de la Vía Láctea viene de otro tipo de supernovas, las variedades Ia. Son estrellas enanas blancas que, después de succionar una determinada cantidad de gas de una estrella gigante vecina, terminan explotando y dispersando átomos de hierro por la galaxia.

Las supernovas tipo II tardan millones de años para explotar, mientras que las de tipo Ia demoran mucho más: miles de millones de años. Esta diferencia entre las escalas de tiempo de las supernovas funciona como un marcador temporal para estimar la fecha de nacimiento de las estrellas de la Vía Láctea. De este modo, cuanto mayor es la abundancia de elementos alfa de una estrella en relación con la abundancia de hierro, más antigua sería.

Hasta la identificación de las 20 estrellas poco comunes, el método del “reloj químico” parecía funcionar siempre. En todos los casos en los cuales había sido posible efectuar mediciones que permitían calcular la edad de las estrellas, los valores a los que los astrónomos llegaban correspondían bastante bien a la estimación obtenida con el “reloj químico”.

En 2012, Chiappini y sus colegas llamaron la atención acerca del hecho de que sería posible usar el telescopio espacial CoRoT para obtener edades de diversas estrellas situadas a más de 80 años luz del Sol, para las cuales no existía otro método disponible, más allá del “reloj químico”. “El CoRoT mide variaciones de brillo a partir de las cuales podemos obtener el radio, la masa y la distancia de la estrella”,  explica. “Con esos datos es posible calcular la edad.”

Desde entonces, Chiappini viene articulando una colaboración entre astrónomos de especialidades que no suelen interactuar. Dicha colaboración, que lleva el nombre de CoRoGEE, está a cargo de investigadores del CoRoT, un instrumento más conocido por sus descubrimientos de exoplanetas, e investigadores vinculados al Apogee, que también cuenta con la participación de brasileños ligados al Laboratorio Interinstitucional de e-Astronomía (LIneA), con sede en Río de Janeiro. Al combinar los datos de estrellas observadas tanto con el CoRoT como por el Apogee, los investigadores descubrieron las estrellas extrañas para las cuales el reloj químico parece no funcionar.

“Sería posible formar una estrella joven con gran abundancia de elementos alfa en relación con la de hierro”, sugiere Chiappini, “en caso de que hubiese sobrado algo de gas primordial poco enriquecido por supernovas tipo Ia en algún lugar aislado, sin participar en la evolución química general de la galaxia”. Ese gas habría quedado allí durante miles de millones de años, sin interactuar con el gas del resto de la galaxia, y recién después habría formado estrellas.

Los datos del Corot y del Apogee también sugieren que las 20 estrellas jóvenes compuestas por material antiguo habrían nacido en algún lugar del disco de la Vía Láctea a alrededor de 20 mil años luz del centro galáctico, localizado cerca de una estructura de la galaxia llamada barra. “Es una región donde se cree que el gas y las estrellas del disco giran a igual velocidad que el gas y las estrellas de la barra”, explica Chiappini. “Por esta razón resulta más difícil que se produzcan por allí los choques entre nubes de gas necesarios para formar las estrellas”. Si efectivamente actúan así, esa región puede haber albergado bolsones de gas que mantuvieron las características primordiales.

Gas intergaláctico
Otra posibilidad indica que esas estrellas podrían haberse formado a partir de un gas de composición primordial que habría caído en la Vía Láctea sólo recientemente, proveniente del medio intergaláctico. “Pero es difícil entender por qué eso habría sucedido más bien hacia el centro de la galaxia y no en todas partes”, dice Chiappini.

“Este descubrimiento resulta interesante, pues muestra que hay diversos procesos que ocurren en nuestra galaxia, en particular cerca de la barra central”, dice la astrofísica Beatriz Barbuy, de la Universidad de São Paulo (USP), quien estudia la evolución química de la Vía Láctea. “Con base en la observación de otras galaxias y de modelos dinámicos, sabemos que las barras permiten una migración de gas y estrellas en dos sentidos: de la barra hacia el disco y del disco hacia la barra.”

Los investigadores deben descubrir más de esas estrellas para entender su origen. Eso será posible, eso esperan, combinando los datos de la misión espacial Kepler-2 con los del Apogee-2, el nuevo estudio de estrellas de la Vía Láctea que se viene realizando en el marco del proyecto Sloan Digital Sky Survey.

Artículo científico
CHIAPPINI, C. et al. Young [Alpha/Fe]-enhanced stars discovered by CoRoT and Apogee: What is their origin? Astronomy & Astrophysics. v. 576, L12. 10 abr. 2015.

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