Una galaxia a más de 12 mil millones de años luz de distancia revela cómo el fluor se crea en el universo

La impresión de este artista muestra NGP-190387, una galaxia polvorienta en formación de estrellas que está tan lejos que su luz ha tardado más de 12 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Las observaciones de ALMA han revelado la presencia de flúor en las nubes de gas de NGP-190387. Hasta la fecha, esta es la detección más distante del elemento en una galaxia en formación de estrellas, una que vemos ya que fue solo 1.400 millones de años después del Big Bang, aproximadamente el 10% de la edad actual del Universo. El descubrimiento arroja una nueva luz sobre cómo las estrellas forjan flúor, lo que sugiere que las estrellas de corta duración conocidas como Wolf-Rayet son su lugar de nacimiento más probable. Crédito: ESO / M. Kornmesser
La impresión de este artista muestra NGP-190387, una galaxia polvorienta en formación de estrellas que está tan lejos que su luz ha tardado más de 12 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Las observaciones de ALMA han revelado la presencia de flúor en las nubes de gas de NGP-190387. Hasta la fecha, esta es la detección más distante del elemento en una galaxia en formación de estrellas, una que vemos ya que fue solo 1.400 millones de años después del Big Bang, aproximadamente el 10% de la edad actual del Universo. El descubrimiento arroja una nueva luz sobre cómo las estrellas forjan flúor, lo que sugiere que las estrellas de corta duración conocidas como Wolf-Rayet son su lugar de nacimiento más probable. Crédito: ESO / M. Kornmesser

Un nuevo descubrimiento arroja luz sobre cómo el flúor, un elemento que se encuentra en nuestros huesos y dientes como fluoruro, se forja en el Universo. 

Usando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ( ALMA ), en el que el Observatorio Europeo Austral ( ESO ), un equipo de astrónomos ha detectado este elemento en una galaxia tan lejana que su luz ha tardado más de 12 mil millones de años en comuníquese con nosotros. 

Esta es la primera vez que se detecta flúor en una galaxia de formación estelar tan distante.

Todos sabemos sobre el flúor porque la pasta de dientes que usamos todos los días lo contiene en forma de flúor.  Como la mayoría de los elementos que nos rodean, el flúor se crea dentro de las estrellas pero, hasta ahora, no sabíamos exactamente cómo se producía este elemento. ¡Ni siquiera sabíamos qué tipo de estrellas producían la mayor parte del flúor en el Universo!

Maximilien Franco de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido

Maximilien Franco es quien dirigió el nuevo estudio, publicado hoy (4 de noviembre de 2021) en Nature Astronomía .

Franco y sus colaboradores vieron flúor (en forma de fluoruro de hidrógeno) en las grandes nubes de gas de la distante galaxia NGP-190387, que vemos como era cuando el Universo tenía solo 1.400 millones de años, aproximadamente el 10% de la edad actual. 

Dado que las estrellas expulsan los elementos que forman en sus núcleos cuando llegan al final de sus vidas, esta detección implica que las estrellas que crearon el flúor deben haber vivido y muerto rápidamente.

El equipo cree que las estrellas Wolf-Rayet, estrellas muy masivas que viven sólo unos pocos millones de años, un abrir y cerrar de ojos en la historia del Universo, son los sitios de producción más probables de flúor. 

Son necesarios para explicar las cantidades de fluoruro de hidrógeno que detectó el equipo. 

Las estrellas Wolf-Rayet se habían sugerido anteriormente como posibles fuentes de flúor cósmico, pero los astrónomos no sabían hasta ahora cuán importantes eran en la producción de este elemento en el Universo temprano.

Estrellas Wolf-Rayet

La impresión de este artista muestra el núcleo brillante de una estrella Wolf-Rayet rodeado por una nebulosa de material que ha sido expulsado por la propia estrella. 
Las estrellas Wolf-Rayet son calientes y masivas con una vida útil de unos pocos millones de años. 
Se cree que terminan en dramáticas explosiones de supernovas, expulsando los elementos forjados en sus núcleos al cosmos. 
Crédito: ESO / L. 
Calçada

Hemos demostrado que las estrellas Wolf-Rayet, que se encuentran entre las estrellas más masivas conocidas y pueden explotar violentamente cuando llegan al final de sus vidas, ¡nos ayudan, en cierto modo, a mantener una buena salud dental!.

Además de estas estrellas, en el pasado se han presentado otros escenarios sobre cómo se produce y expulsa el flúor. 

Un ejemplo incluye las pulsaciones de estrellas gigantes evolucionadas con masas hasta pocas veces mayores que las de nuestro Sol, llamadas estrellas asintóticas de ramas gigantes. 

Pero el equipo cree que estos escenarios, algunos de los cuales tardan miles de millones de años en ocurrir, podrían no explicar completamente la cantidad de flúor en NGP-190387.

Para esta galaxia, se necesitaron solo decenas o cientos de millones de años para tener niveles de flúor comparables a los que se encuentran en las estrellas de la Vía Láctea , que tiene 13.500 millones de años. Este fue un resultado totalmente inesperado. Nuestra medición agrega una restricción completamente nueva sobre el origen del flúor, que se ha estudiado durante dos décadas”.

Chiaki Kobayashi, profesor de la Universidad de Hertfordshire
Esta imagen de campo amplio y luz visible del área del cielo donde se encuentra la galaxia remota NGP-190387 fue creada a partir de imágenes del Digital Sky Survey 2. La galaxia, ubicada tan lejos que su luz tardó más de 12 mil millones de años en llegar hasta nosotros, se encuentra cerca del centro de la imagen. 
Aunque no es visible en esta imagen, se pueden ver muchas otras galaxias mucho más cercanas en esta vista de campo amplio. 
Crédito: ESO / Digital Sky Survey 2, Reconocimiento: Davide De Martin

Galaxia  NGP-190387 y el Fluor

El descubrimiento en NGP-190387 marca una de las primeras detecciones de flúor más allá de la Vía Láctea y sus galaxias vecinas. 

Los astrónomos han visto previamente este elemento en cuásares distantes, objetos brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos en el centro de algunas galaxias. 

Pero nunca antes se había observado este elemento en una galaxia en formación de estrellas tan temprano en la historia del Universo.

La detección de flúor por parte del equipo fue un descubrimiento casual que fue posible gracias al uso de observatorios espaciales y terrestres. NGP-190387, descubierto originalmente con el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea y luego observado con ALMA, con sede en Chile, es extraordinariamente brillante para su distancia. 

Los datos de ALMA confirmaron que la excepcional luminosidad de NGP-190387 fue causada en parte por otra galaxia masiva conocida, ubicada entre NGP-190387 y la Tierra, muy cerca de la línea de visión. 

Esta galaxia masiva amplificó la luz observada por Franco y sus colaboradores, lo que les permitió detectar la tenue radiación emitida hace miles de millones de años por el flúor en NGP-190387.

Los estudios futuros de NGP-190387 con el Extremely Large Telescope (ELT), el nuevo proyecto insignia de ESO, en construcción en Chile y que comenzará a operar a finales de esta década, podrían revelar más secretos sobre esta galaxia. 

ALMA es sensible a la radiación emitida por el polvo y el gas interestelar frío.

Con el ELT, podremos observar NGP-190387 a través de la luz directa de las estrellas, obteniendo información crucial sobre el contenido estelar de esta galaxia.

Referencia:  “The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4” 4 November 2021, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01515-9

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