Estrelles supermassives en l’origen dels cúmuls globulars

Un equip de les universitats de Ginebra, París i Barcelona, amb la participació de l’IEEC a través de l'Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB), ha trobat rastres d’estrelles supermassives que poden explicar les anomalies observades en els grans cúmuls estel·lars

Els resultats, obtinguts gràcies a les observacions del telescopi espacial James Webb, s'han publicat en la revista Astronomy and Astrophysics
 
Els cúmuls globulars són agrupacions molt denses d'estrelles distribuïdes en una esfera, amb un radi que varia entre una dotzena i un centenar d'anys llum. Poden contenir fins a un milió d'estrelles i es troben en tota mena de galàxies. La nostra n’acull uns 180. Un dels grans misteris és la composició de les seves estrelles: per què és tan variada? A tall d'exemple, la proporció d'oxigen, nitrogen, sodi i alumini varia d'una estrella a una altra. No obstant, totes van néixer al mateix temps, dins del mateix núvol de gas. Els astrofísics es refereixen a aquest fenomen com «anomalies d'abundància».

Un equip de la Universitat de Ginebra (UNIGE), l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a través de la seva unitat de recerca l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB), i l'Institut d'Astrofísica de París (CNRS i Universitat de la Sorbona) ha realitzat un nou avenç en l'explicació d'aquest fenomen. La recerca s'ha publicat en la revista Astronomy and Astrophysics.

El 2018, l'equip havia desenvolupat un model teòric segons el qual les estrelles supermassives haurien «contaminat» el núvol de gas original durant la formació d'aquests cúmuls, de manera que les seves estrelles s’enriquirien amb elements químics heterogèniament. «Avui, gràcies a les dades recollides pel telescopi espacial James Webb, creiem haver trobat una primera pista de la presència d'aquestes estrelles extraordinàries», explica Corinne Charbonnel, professora titular del Departament d'Astronomia de la Facultat de Ciències de la UNIGE i primera autora de l'estudi.

Aquests monstres celestes són entre 5.000 i 10.000 vegades més massius i cinc vegades més calents en el seu centre (75 milions de °C) que el Sol. Però demostrar la seva existència és complex. «Els cúmuls globulars tenen entre 10.000 i 13.000 milions d'anys, mentre que la vida màxima de les superestrelles és de dos milions d'anys. Per tant, van desaparèixer molt aviat dels cúmuls actualment observables. Només en queden rastres indirectes», explica Mark Gieles, professor ICREA i investigador de l’IEEC a l’ICCUB, i coautor de l'estudi.

Gràcies a la potentíssima visió infraroja del telescopi James Webb, els autors van poder corroborar la seva hipòtesi. El satèl·lit va captar la llum emesa per una de les galàxies més distants i joves conegudes fins avui en el nostre Univers. Situada a uns 13.300 milions d'anys-llum, GN-z11 només té unes desenes de milions d'anys d'edat. En astronomia, l'anàlisi de l'espectre de la llum dels objectes còsmics és un element clau per determinar les seves característiques. En aquest cas, la llum emesa per la galàxia ha proporcionat dues valuoses informacions: s'ha establert que conté proporcions molt elevades de nitrogen i una densitat molt alta d'estrelles.

Això suggereix que en aquesta galàxia s'estan formant diversos cúmuls globulars i que encara alberguen una estrella supermassiva activa, ja que la forta presència de nitrogen només pot explicar-se per la combustió d'hidrogen a temperatures extremadament altes, que solament el nucli de les estrelles supermassives pot aconseguir.

Aquests nous resultats reforcen el model de l'equip internacional, l'únic capaç actualment d'explicar les anomalies d'abundància en els cúmuls globulars. El pròxim pas dels científics serà comprovar la validesa d'aquest model en altres cúmuls globulars que es formen en galàxies llunyanes, utilitzant dades del James Webb.

Nota de premsa feta en col·laboració amb l’Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB) i la Universitat de Ginebra.

Imatge Principal

Peu d’imatge: El cúmul globular M13, a 22.000 anys llum de la Terra, format per un milió d'estrelles atapeïdes en un espai de 150 anys llum de diàmetre.
Crèdits: HST / STScI / NASA / ESA

Enllaços

– IEEC
– ICCUB
– James Webb telescope
– University of Geneva
– Institut d’Astrophysique de Paris
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «N-enhancement in GN-z11: First evidence for supermassive stars nucleosynthesis in proto-globular clusters-like conditions at high redshift?», de C. Charbonnel et al., que va aparèixer a la revista Astronomy and Astrophysics el 5 de maig de 2023.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de més de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.

L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat de recerca ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat de recerca CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat de recerca CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat de recerca ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat

Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya
Mark Gieles
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB)
Correu electrònic: mgieles@ieec.cat