El universo temprano tenía un problema. Las primeras generaciones de estrellas, compuestas casi por completo de hidrógeno y helio, produjeron elementos más pesados mediante fusión nuclear. Cuando esas estrellas explotaron como supernovas, sembraron el gas circundante con metales, carbono, oxígeno, silicio, que eventualmente se unirían para formar planetas y nuevas estrellas. Pero entre la explosión y la siguiente generación de formación estelar, algo crucial tenía que suceder. Los metales tenían que agruparse en granos de polvo.
El polvo no es opcional en la evolución galáctica. Enfría las nubes de gas, permite la formación de moléculas y proporciona la materia prima para los sistemas planetarios. Sin él, la formación estelar es ineficiente y los planetas no pueden formarse. Sin embargo, ha sido difícil estudiar cómo funcionaban las primeras fábricas cósmicas de polvo porque las galaxias que lo producían están demasiado lejos y son demasiado débiles para una observación detallada.
JWST encontró una solución observando una galaxia mucho más cercana a casa.
Un proxy para el universo temprano
Sextans A es una galaxia enana a 4,6 millones de años luz de la Tierra, ubicada en el borde del Grupo Local. Su composición química es inusual para una galaxia cercana: contiene solo del 1 al 7 por ciento de los elementos pesados que se encuentran en el Sol. Esto la convierte en un excelente análogo de las galaxias pobres en metales que poblaron el universo temprano, donde los elementos pesados eran escasos.
Un equipo liderado por Claudio Gavetti del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) de Italia utilizó los instrumentos NIRCam y MIRI de JWST para mapear la población estelar completa de Sextans A. Buscaban estrellas en la fase de rama asintótica gigante (AGB), una etapa tardía de la evolución estelar en la que las estrellas más grandes que el Sol agotan el helio en sus núcleos y comienzan a expandirse, volviéndose hasta mil veces más brillantes. Durante esta fase, se sabe que las estrellas AGB producen y expulsan cantidades significativas de polvo.
El estudio encontró que aproximadamente el 90 por ciento de las estrellas AGB en Sextans A no tenían envolturas de polvo detectables. Pero unas 20 estrellas estaban incrustadas en gruesas capas de polvo, formadas hace 2 a 3 mil millones de años a partir de estrellas con masas iniciales de aproximadamente 1,5 veces la masa del Sol.
Identificando los verdaderos productores de polvo
El hallazgo reduce qué estrellas en el universo temprano fueron responsables de enriquecer el cosmos. La visión convencional sostenía que las estrellas AGB eran las principales fábricas de polvo, pero los datos de JWST muestran que solo un subconjunto específico, las estrellas de masa intermedia en un rango estrecho, produce las gruesas capas de polvo que pueden sembrar la formación estelar subsiguiente.
Flavia Dell’Agli, también del INAF, dijo que los datos permitieron al equipo comparar observaciones directamente con modelos teóricos de evolución estelar. “El valor de estos datos no reside solo en las imágenes, sino en la capacidad de compararlos con modelos teóricos y verificar con qué precisión describen la evolución de las estrellas”, afirmó.
El estudio, publicado en el Astrophysical Journal, demuestra un método para estudiar el universo temprano sin necesidad de observar galaxias distantes directamente. Al encontrar el análogo local adecuado, JWST puede resolver estrellas individuales y su producción de polvo, un nivel de detalle que sigue siendo imposible para galaxias a miles de millones de años luz de distancia.
Traducido por Alessandra