El Telescopio Webb Descubre Polvo Raro en Galaxia Primitiva, Reformulando la Comprensión del Universo Temprano

Introducción

Astrónomos que manejan la potente mirada del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han realizado un descubrimiento notable en la galaxia enana Sextans A, una vecina celestial de la Vía Láctea que conserva algunas de las características más primitivas del universo. El telescopio ha detectado dos tipos poco comunes de polvo: polvo de hierro metálico y carburo de silicio, ambos productos de estrellas envejecidas. Este hallazgo, junto con la presencia de diminutas moléculas a base de carbono, sugiere que incluso en las etapas incipientes del universo, cuando los elementos más pesados eran escasos, las estrellas y el medio interestelar circundante eran capaces de forjar granos de polvo sólidos. Estas observaciones están alterando fundamentalmente nuestra comprensión de cómo evolucionaron las galaxias tempranas y desarrollaron los componentes esenciales para la formación de planetas, contribuyendo a la continua exploración de la NASA sobre los secretos del universo.

Sextans A, ubicada a aproximadamente 4 millones de años luz de distancia, es notable por su extremadamente baja "metalicidad", el término astrofísico para elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Contiene solo alrededor del 3 al 7 por ciento del contenido de elementos pesados que se encuentra en nuestro Sol. Debido a su pequeño tamaño y su consiguiente débil atracción gravitacional, Sextans A tiene dificultades para retener los elementos más pesados producidos por eventos como supernovas y los ciclos de vida de las estrellas, a diferencia de muchas otras galaxias cercanas. Esto la convierte en un laboratorio natural único, similar a las galaxias que poblaron el universo poco después del Big Bang, una época en la que el cosmos estaba compuesto predominantemente de hidrógeno y helio antes de que las estrellas tuvieran la oportunidad de sembrar el espacio con estos "metales". Su relativa proximidad ofrece a los astrónomos una rara oportunidad de examinar estrellas individuales y nubes interestelares bajo condiciones que reflejan las del universo temprano.

Fábricas de Polvo Estelar con Baja Metalicidad

Uno de los estudios, detallado en el Astrophysical Journal, se centró en un grupo selecto de estrellas en Sextans A utilizando el espectrómetro de baja resolución del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb. Los datos recopilados proporcionaron firmas químicas de estas estrellas en su fase evolutiva avanzada, conocidas como estrellas de la rama asintótica de las gigantes (AGB). Estas son estrellas con masas que oscilan entre una y ocho veces la de nuestro Sol, que atraviesan esta etapa específica de sus vidas.

Martha Boyer, astrónoma asociada en el Space Telescope Science Institute y autora principal de este estudio, explicó los sorprendentes hallazgos. "Una de estas estrellas se encuentra en el extremo superior de masa del rango AGB, y las estrellas como esta suelen producir polvo de silicato", afirmó. "Sin embargo, con una metalicidad tan baja, esperamos que estas estrellas estén casi desprovistas de polvo. En cambio, Webb reveló una estrella forjando granos de polvo hechos casi enteramente de hierro. Esto es algo que nunca hemos visto en estrellas que son análogas a estrellas del universo temprano."

Normalmente, las estrellas ricas en oxígeno crean polvo de silicato, un proceso que requiere elementos como silicio y magnesio. En Sextans A, estos elementos están prácticamente ausentes, similar a intentar hornear sin ingredientes esenciales como harina, azúcar y mantequilla. Un entorno cósmico normal, como la Vía Láctea, es rico en estos componentes necesarios: silicio, carbono y hierro. En un entorno primitivo como Sextans A, con una grave falta de estos ingredientes, se esperaba que las estrellas apenas pudieran "hornear" polvo. Sin embargo, el telescopio Webb no solo detectó polvo, sino que también reveló que una estrella empleó un método completamente diferente para su creación. El descubrimiento de polvo de solo hierro, junto con carburo de silicio producido por estrellas AGB menos masivas a pesar de la baja abundancia de silicio de la galaxia, demuestra que las estrellas evolucionadas aún pueden fabricar material sólido incluso cuando faltan los ingredientes típicos. Boyer añadió: "El polvo en el universo temprano puede haber sido muy diferente de los granos de silicato que vemos hoy. Estos granos de hierro absorben la luz de manera eficiente pero no dejan huellas espectrales nítidas y pueden contribuir a los grandes reservorios de polvo vistos en galaxias lejanas detectadas por Webb."

Moléculas de Carbono en Entornos Esparsos

En un estudio complementario, actualmente en revisión por pares, Webb capturó imágenes del medio interestelar de Sextans A, identificando hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Estas son moléculas complejas a base de carbono y los granos de polvo más pequeños que brillan en luz infrarroja. Esta detección convierte a Sextans A en la galaxia con la metalicidad más baja jamás encontrada que contiene HAPs.

Sin embargo, la forma en que estos HAPs se manifiestan en Sextans A difiere significativamente de su aparición en galaxias ricas en metales, donde su emisión es generalizada. Las observaciones de Webb revelaron HAPs concentrados en pequeños y densos cúmulos, que abarcan solo unos pocos años luz de diámetro. Elizabeth Tarantino, investigadora postdoctoral en el Space Telescope Science Institute y autora principal de este estudio, señaló: "Webb muestra que los HAPs pueden formarse y sobrevivir incluso en las galaxias más hambrientas de metales, pero solo en pequeñas islas protegidas de gas denso." Estos cúmulos probablemente representan regiones donde el blindaje del polvo y la densidad del gas alcanzan lo suficiente para permitir la formación y el crecimiento de HAPs, resolviendo un misterio de décadas sobre por qué los HAPs parecían desaparecer en galaxias con poca metalicidad. El equipo de investigación ha obtenido un programa aprobado del Ciclo 4 de Webb para realizar espectroscopía de alta resolución, con el objetivo de investigar aún más la química detallada dentro de estos cúmulos de HAPs en Sextans A.

Conclusión

En conjunto, estos hallazgos revelan que el universo primitivo poseía una mayor diversidad de mecanismos de producción de polvo de lo que se entendía previamente, más allá de métodos establecidos como las explosiones de supernovas. Además, los investigadores ahora saben que hay más polvo del predicho en entornos con metalicidad extremadamente baja. "Cada descubrimiento en Sextans A nos recuerda que el universo primitivo fue más inventivo de lo que imaginamos", dijo Boyer. "Claramente, las estrellas encontraron una manera de crear los bloques de construcción de planetas mucho antes de que existieran galaxias como la nuestra." El Telescopio Espacial James Webb, un observatorio espacial de ciencia de primer nivel, continúa desentrañando misterios de nuestro sistema solar, explorando mundos distantes y sondeando las estructuras y orígenes misteriosos de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA, con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

Original source: "https://science.nasa.gov/missions/webb/nasa-webb-finds-early-universe-analogs-unexpected-talent-for-making-dust" <<<FILE_BOUNDARY>>>