Galaxias jóvenes con elementos pesados y estrellas de vientos débiles: las pistas de Webb y Hubble

Las primeras galaxias no solo formaban estrellas: también habían empezado a enriquecer su gas y a moverlo hacia sus alrededores. Observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST) apuntan a ese proceso en tres galaxias jóvenes. Por otra parte, el sondeo TEMPOS del telescopio espacial Hubble estudia estrellas masivas cercanas para comprobar una pieza de los modelos con los que se intenta explicar la evolución de aquellas galaxias. Son dos escalas de observación distintas, no dos mediciones del mismo fenómeno. 110

Un gas que ya no era primigenio

Webb observa las tres galaxias tal como eran unos 520–650 millones de años después del Big Bang. En su gas aparecen elementos como carbono, oxígeno y silicio: señales de que estrellas anteriores ya habían producido y dispersado material. Los indicios de gas enriquecido en movimiento hacia el exterior sugieren que empezaba a establecerse un ciclo bariónico: las galaxias reciben gas, forman estrellas y expulsan parte de su materia. Ver una salida de gas, sin embargo, no demuestra que ese material regresara más tarde.

El hallazgo también acota la búsqueda de estrellas de población III, la primera generación, formada sin elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. El gas enriquecido que examinan estas observaciones ya no es primigenio. Puede conservar huellas químicas de aquellas estrellas, pero una huella no es una detección directa. Esto hace menos probable encontrar poblaciones sin elementos pesados todavía observables en el gas estudiado, no en cualquier lugar del universo.

Qué aportan las estrellas cercanas observadas por Hubble

TEMPOS reunió espectros ultravioletas de 29 estrellas masivas de tipo O en seis galaxias enanas cercanas y pobres en elementos pesados. Sus resultados iniciales apuntan a vientos estelares inesperadamente débiles en los entornos de menor metalicidad. También sugieren que, por debajo de aproximadamente una décima parte de la metalicidad solar, esos vientos podrían debilitarse más bruscamente de lo previsto al prolongar una tendencia gradual. Tanto ese umbral como la magnitud del descenso requieren más pruebas. 161013

En astronomía, metalicidad significa abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Un viento estelar es material que sale de una estrella; no debe confundirse con el flujo de gas a escala de galaxia observado por Webb. Los vientos de las estrellas masivas influyen en cómo pierden materia y aportan energía y material a su entorno. Si su intensidad se ha sobreestimado en condiciones de baja metalicidad, algunas predicciones sobre la evolución de galaxias jóvenes podrían cambiar. TEMPOS permite comprobar ese componente del modelo en objetos cercanos: no mide las estrellas de las galaxias distantes de Webb ni identifica qué impulsó sus salidas de gas. 13

Por qué el oxígeno no cuenta toda la historia

Los vientos impulsados por radiación dependen de iones de elementos pesados presentes en la atmósfera estelar. TEMPOS encuentra variaciones en la absorción asociada al hierro, lo que complica usar la abundancia de oxígeno medida en el gas de una galaxia como sustituto de la composición pertinente para sus estrellas. Estudios anteriores de galaxias extremadamente pobres en elementos pesados también habían mostrado que las mediciones estelares basadas en hierro y las del oxígeno del gas no tienen por qué describir la misma proporción de elementos. 346

La consecuencia para los modelos es concreta: conviene poner a prueba distintas intensidades de los vientos a baja metalicidad y distintas proporciones entre elementos, además de seguir la entrada, la salida y el enriquecimiento del gas. Webb y Hubble aportan restricciones complementarias para estudiar las galaxias tempranas, pero todavía no ofrecen una explicación única y demostrada de la complejidad que Webb observa. 1410