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crédito: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.09908
Los astrónomos han descubierto carbono en una galaxia sólo 350 millones de años después del Big Bang, el primer descubrimiento de cualquier elemento en el universo distinto del hidrógeno.
Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo internacional de astrónomos dirigido por la Universidad de Cambridge observó una galaxia muy joven en el universo temprano y descubrió que contenía cantidades asombrosas de carbono, una de las semillas de la vida tal como la conocemos. él. .
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 trazas 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 se dispersan por toda la galaxia anfitriona, sembrando las semillas para la próxima generación de estrellas. Con cada nueva generación de estrellas y «polvo de estrellas», se forma más metal y, después de miles de millones de años, el universo evoluciona hasta el punto en que puede sustentar planetas rocosos como la Tierra y vida como nosotros.
Ser capaz de rastrear el origen y la evolución de los minerales nos ayudará a comprender cómo pasamos de un universo compuesto casi en su totalidad por solo dos elementos químicos a la asombrosa complejidad que vemos hoy.
«Las primeras estrellas son el santo grial de la evolución química», afirmó el autor principal, el doctor Francesco DiEugenio, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. «Debido a que están formadas únicamente por elementos primitivos, 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 determinar un marco temporal para los primeros pasos en el camino que condujo a la formación de la vida. «. «.
El carbono es un elemento esencial en la evolución del universo, porque puede formarse como granos de polvo que se agrupan, formando eventualmente los primeros planetesimales y los primeros planetas. El carbono también es clave para la formación de vida en la Tierra.
El coautor, el profesor Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli, dijo: «Investigaciones anteriores sugieren que el carbono comenzó a formarse en cantidades significativas relativamente tarde, alrededor de mil millones de años después del Big Bang». «Pero descubrimos que el carbono se formó mucho antes y puede ser el mineral más antiguo que existe».
El equipo utilizó el telescopio espacial James Webb 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 poca masa, unas 100.000 veces menos masiva que la Vía Láctea.
«Cuando lo observamos, es sólo el embrión de una galaxia, pero podría convertirse en algo muy grande, del tamaño de la Vía Láctea», dijo DiEugenio. «Pero para una galaxia tan joven, es bastante masiva».
Los investigadores utilizaron el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb para analizar 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 confiable de carbono y una detección tentativa 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 más tarde, mediante procesos completamente diferentes, pero el hecho de que apareciera tan temprano nos dice que las primeras estrellas probablemente funcionaron 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 estaba presente en la capa exterior de las estrellas y era menos atractivo que el oxígeno, se habría escapado más fácilmente y se habría extendido por toda la galaxia, mientras que una gran cantidad de oxígeno retrocedería y colapsaría en un agujero negro.
«Estas observaciones nos dicen que el carbono podría haberse enriquecido rápidamente en el universo primitivo», dijo DiEugenio. “Debido a que el carbono es esencial para la vida tal como la conocemos, no es necesariamente cierto que la vida haya evolucionado más tarde en el universo. La vida puede haber surgido mucho antes, aunque si hubiera habido vida en otras partes del universo, podría haber evolucionado de manera diferente. .”Completamente diferente a los del universo”. «Sucedió aquí en la Tierra».
Los resultados han sido aceptados para su publicación en la revista. Astronomía y astrofísica. Se basa en datos obtenidos por el JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). El periódico está fuera de línea. disponible Sobre el arXiv Servidor de impresión avanzado.
más información:
Francesco DiEugenio et al., Gadis: 350 millones de enriquecimiento de carbono después del Big Bang en una galaxia rica en gas, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.09908
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