(principal) Ilustración de una estrella masiva que se convierte en supernova en el universo temprano (recuadro) la supernova 2023adsv vista por el JWST en 2022 y 2023(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva)/NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Supernovas en el universo temprano simplemente golpear diferente. Especialmente cuando la estrella que explotó era un monstruo estelar 20 veces la masa del sol.
Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto una de las supernovas asesinas de estrellas más distantes y, por tanto, más tempranas jamás vistas. Esta explosión, que sacudió el cosmos unos 2.000 millones de años después del Big Bang, marcó la muerte de una estrella monstruosa. Esta supernova, detectada como parte del programa JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey) del JWST, podría ayudar a los científicos a añadir más detalles a la imagen cósmica de la vida y la muerte estelar que están construyendo actualmente.
La supernova, designada AT 2023adsv, estalló hace unos 11.400 millones de años en una galaxia masiva primitiva. Curiosamente, esta explosión estelar puede ser algo diferente de las supernovas que se han producido más recientemente en el universo local. En particular, la explosión de alta energía parece haber sido excesivamente violenta.
«Las primeras estrellas eran considerablemente diferentes de las estrellas actuales. Eran masivas, estaban calientes y tuvieron explosiones verdaderamente gargantuescas», dijo el lunes (13 de enero) David Coulter, miembro del equipo JADES e investigador del Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI), en la 245ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana (AAS) en National Harbor, Maryland. «No sabemos cuántas [supernovas] encontrará el JWST, pero podemos empezar a empujar hacia el principio de estas primeras estrellas y esperar ver sus explosiones».
Una historia de vida, muerte y renacimiento estelar
El universo primitivo era relativamente aburrido en comparación con el cosmos moderno, sobre todo si se tiene en cuenta su contenido químico. Esto se debe a que estaba formado principalmente por hidrógeno, el elemento más ligero y simple, con algo de helio, el segundo elemento más ligero. La primera generación de estrellas, conocidas como estrellas de la Población III (no estrellas de la Población I, como cabría esperar), nació a partir de manchas sobredensas en esta sopa cósmica de ingredientes ligeros. Estas estrellas comenzaron a fusionar hidrógeno y helio en elementos más pesados.
Cuando las estrellas más masivas (con masas superiores a 8 veces la del Sol) agotaron sus reservas de combustible para la fusión nuclear, sus núcleos se colapsaron y crearon agujeros negros o estrellas de neutrones, mientras que sus capas exteriores, ricas en metales, se desintegraron en explosiones de supernova. Este proceso sembró de elementos pesados las nubes de hidrógeno y helio de las primeras galaxias, de modo que, cuando las zonas sobredensificadas de estas nubes enriquecidas colapsaron para crear nuevas estrellas, esta segunda generación de estrellas (Población II) era más rica en metales que la primera.
JADES Deep Field utiliza observaciones tomadas por el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA que muestran la ubicación de las explosiones de supernovas recién descubiertas. (Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration).
Esto se repite para dar nacimiento a una tercera generación de estrellas aún más abundantes en metal. Se trata de la tercera generación de cuerpos estelares, estrellas de la Población I (de nuevo, no estrellas de la Población III, como cabría esperar), a la que pertenece nuestra estrella, el Sol.Sin embargo, aunque esto pueda parecer un caso de repetición de la historia cósmica, hubo algo diferente en la primera ronda de supernovas.Los científicos creen que la naturaleza pobre en metales de estas estrellas les habría causado vidas más cortas. Además, las explosiones de supernovas que marcan el final de estas vidas habrían sido más violentas que las muertes de estrellas descendientes posteriores.
Estas supernovas tempranas deberían ser increíblemente brillantes y, por tanto, visibles para el JWST. De hecho, la colaboración JADES, que estudia el nacimiento y la evolución de las primeras galaxias, ha detectado hasta ahora más de 80 supernovas antiguas.
«Estudiar las explosiones de supernovas distantes es la única manera de explorar las estrellas individuales que pueblan estas primeras galaxias», afirmó en un comunicado Christa DeCoursey, miembro del equipo e investigadora de la Universidad de Arizona en Tucson. «El gran número de detecciones más las grandes distancias a estas supernovas son los dos resultados más emocionantes de nuestro estudio».
Una supernova temprana con una vuelta de tuerca
La composición química de AT 2023adsv hace que destaque como una de las más tempranas de estas supernovas. «Esta supernova está tan lejos y, por tanto, tan atrás en el tiempo que cuando la luz nos llegó por primera vez el universo tenía menos de 2.000 millones de años», prosigue Coulter. «Eso significa que esta luz llevaba viajando 6.000 millones de años antes de que se formara el Sol».
«Así que esta Supernova también ocurrió en un entorno que parece considerablemente diferente al entorno en el que vive nuestra estrella doméstica hoy en día.»
AT 2023adsv, una supernova descubierta en una galaxia a un desplazamiento al rojo de 3,6. Su estrella progenitora explotó cuando el universo sólo tenía 2.000 millones de años. (Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Aunque AT 2023adsv se asemeja al entorno pobre en metales del universo primitivo en el que nació la estrella que explotó para lanzarla, hay algún que otro giro: «Parece ser un primo cercano de las supernovas locales observadas en entornos igualmente prístinos», afirma Coulter en el comunicado. «Sin embargo, el parecido termina ahí: 2023adsv parece haber sido una vez una estrella particularmente masiva, tal vez hasta 20 veces la masa de nuestro sol». Estrellas de tamaños tan monstruosos son escasas en el universo local y contemporáneo. 2023adsv también explotó con aproximadamente el doble de energía que la supernova media desencadenada por estrellas masivas cercanas.
«La elevada energía de la explosión de 2023adsv podría indicar que las propiedades de las explosiones de supernovas podrían haber sido diferentes en el universo primitivo, pero necesitamos más observaciones para confirmar esta idea», declaró Takashi Moriya, miembro del equipo y teórico del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.El JWST participará en la búsqueda de la explosión cósmica más temprana y distante en 2026, cuando la NASA lance su próximo gran telescopio espacial, el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman. Las estimaciones actuales sugieren que el amplio campo de visión de Roman localizará miles de supernovas tempranas para que el sensible ojo infrarrojo del JWST las enfoque e investigue.La investigación del equipo se presentó en la 245ª reunión de la AAS el lunes, y un artículo de preimpresión está disponible en el sitio de repositorio arXiv.
