Los astrónomos han detectado carbono en una galaxia sólo 350 millones de años después del Big Bang, la detección más temprana de cualquier elemento en el universo aparte del hidrógeno.
Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo internacional de astrónomos liderado por la Universidad de Cambridge observó una galaxia muy joven en el universo temprano y descubrió que contenía cantidades sorprendentes de carbono, una de las semillas de la vida tal como la conocemos.
En astronomía, los elementos más pesados que el hidrógeno o el helio se clasifican como metales. El universo primitivo estaba compuesto casi en su totalidad por hidrógeno, el elemento más simple, con pequeñas cantidades de helio y diminutas cantidades de litio.
Todos los demás elementos que componen el universo que observamos hoy se formaron dentro de una estrella. Cuando las estrellas explotan como supernovas, los elementos que producen circulan por toda su galaxia anfitriona, sembrando la próxima generación de estrellas. Con cada nueva generación de estrellas y «polvo de estrellas», se forman más metales y, después de miles de millones de años, el universo evoluciona hasta un punto en el que puede sustentar planetas rocosos como la Tierra y vida como nosotros.
La capacidad de rastrear el origen y la evolución de los metales nos ayudará a comprender cómo pasamos de un universo compuesto casi en su totalidad por solo dos elementos químicos a la increíble complejidad que vemos hoy.
«Las primeras estrellas son el santo grial de la evolución química», afirmó el autor principal, el Dr. Francesco D’Eugenio, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. «Dado que están formadas únicamente por elementos primordiales, se comportan de manera muy diferente a las estrellas modernas. Al estudiar cómo y cuándo se formaron los primeros metales dentro de las estrellas, podemos establecer un marco temporal para los primeros pasos en el camino que condujo a la formación de la vida. «.
El carbono es un elemento fundamental en la evolución del universo, ya que puede formar granos de polvo que se agrupan y eventualmente forman los primeros planetesimales y los primeros planetas. El carbono también es clave para la formación de vida en la Tierra.
«Investigaciones anteriores sugirieron que el carbono comenzó a formarse en grandes cantidades relativamente tarde, alrededor de mil millones de años después del Big Bang», dijo el coautor Profesor Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli. «Pero hemos descubierto que el carbono se formó mucho antes; incluso podría ser el metal más antiguo de todos».
El equipo utilizó el JWST para observar una galaxia muy distante (una de las más distantes observadas hasta ahora) apenas 350 millones de años después del Big Bang, hace más de 13 mil millones de años. Esta galaxia es compacta y de baja masa, unas 100.000 veces menos masiva que la Vía Láctea.
«Cuando lo observamos es sólo un embrión de galaxia, pero podría evolucionar hasta convertirse en algo bastante grande, del tamaño de la Vía Láctea», dijo D’Eugenio. «Pero para una galaxia tan joven, es bastante masiva».
Los investigadores utilizaron el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb para descomponer la luz proveniente de la joven galaxia en un espectro de colores. Diferentes elementos dejan diferentes huellas químicas en el espectro de la galaxia, lo que permite al equipo determinar su composición química. El análisis de este espectro mostró una detección segura de carbono y detecciones provisionales de oxígeno y neón, aunque se necesitarán más observaciones para confirmar la presencia de estos otros elementos.
«Nos sorprendió ver carbono en una etapa tan temprana del universo, ya que se pensaba que las primeras estrellas producían mucho más oxígeno que carbono», dijo Maiolino. «Pensábamos que el carbono se enriquecía mucho más tarde, mediante procesos completamente diferentes, pero el hecho de que aparezca tan temprano nos dice que las primeras estrellas pueden haber funcionado de manera muy diferente».
Según algunos modelos, cuando las primeras estrellas explotaron como supernovas, es posible que hayan liberado menos energía de la que se esperaba inicialmente. En este caso, el carbono, que se encontraba en la capa exterior de las estrellas y estaba menos ligado gravitacionalmente que el oxígeno, podría haberse escapado más fácilmente y extenderse por toda la galaxia, mientras que una gran cantidad de oxígeno retrocedió y colapsó en un agujero negro.
«Estas observaciones nos dicen que el carbono puede enriquecerse rápidamente en el universo temprano», dijo D’Eugenio. «Y debido a que el carbono es fundamental para la vida tal como la conocemos, no es necesariamente cierto que la vida haya evolucionado mucho más tarde en el universo. Quizás la vida surgió mucho antes, aunque si hay vida en otras partes del universo, podría haber evolucionado de manera muy diferente a lo hizo aquí en la Tierra.»
Los resultados han sido aceptados para su publicación en la revista Astronomy & Astrophysics y se basan en datos obtenidos en el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). El documento está actualmente disponible en el servidor de preimpresión arXiv.
Con información de arXiv
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