El arqueólogo estelar

En febrero pasado, Anna Frebel y sus colegas anunciaron el descubrimiento de la que podría ser la estrella más antigua conocida. En una noche despejada, incluso un astrónomo aficionado podría entrenar un telescopio potente en SMSS J031300.36-670839.3, ubicado en el halo de la Vía Láctea.

SM0313, la abreviatura por la que se conoce, tiene una firma química inusual. Si bien probablemente se originó en una galaxia enana temprana que se formó poco después del Big Bang, no comparte ninguna característica con las estrellas presentes en las galaxias enanas que se han descubierto hasta ahora. Este hecho ha desconcertado a los astrónomos. La Vía Láctea, con toda probabilidad, está devorando galaxias enanas, incorporando sus estrellas en su propio halo, dice Frebel, miembro del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT y profesor asistente de física en la División de Astrofísica.

Frebel, de 34 años, pertenece a una nueva generación de astrónomos que pueden considerarse arqueólogos estelares. En lugar de tamizar capas de tierra en busca de artefactos de civilizaciones pasadas, extraen el cielo en busca de luz de estrellas antiguas. Al estudiar esa luz, determinan la composición química de esas estrellas y reconstruyen cómo se formaron nuestra galaxia actual y los elementos de la tabla periódica. Encontrar una estrella tan primitiva como SM0313 agrega un capítulo importante a la historia de cómo se desarrollaron la galaxia, el universo y la vida misma.

Unos cientos de millones de años después del Big Bang, las primeras estrellas se formaron a partir de nubes gaseosas compuestas por los dos elementos más ligeros, hidrógeno y helio, con trazas de litio. Con el tiempo, los núcleos de estos elementos livianos se fusionaron en los núcleos ardientes de esas estrellas primordiales, creando elementos más pesados ​​como carbono, oxígeno y hierro. Cuando las estrellas murieron, explotando como supernovas, expulsaron estos nuevos elementos al espacio, enriqueciendo las nubes de gas de las que nacieron nuevas estrellas con mayor diversidad química. A medida que se crearon las siguientes generaciones de estrellas, se hicieron cada vez más ricas en metales, como los astrónomos llaman a todos los elementos además del hidrógeno y el helio.

Frebel dice que las antiguas estrellas pobres en metales esparcidas entre los pocos cientos de miles de millones de estrellas más jóvenes en nuestra galaxia simplemente están esperando ser encontradas, como viejas latas de frijoles en la parte trasera del armario. Los analiza con un accesorio telescópico conocido como espectrógrafo, que divide la luz de la estrella en un arco iris. Debido a que cada elemento absorbe luz en una longitud de onda particular, puede deducir qué elementos están presentes en la atmósfera de la estrella observando los tonos precisos que faltan en el espectro.

Sin embargo, determinar la edad de una estrella es complicado. Muy raramente, una estrella antigua contiene un elemento radiactivo como el uranio, lo que permite a los astrónomos utilizar una técnica similar a la datación por carbono. En 2007, Frebel utilizó ese método para calcular que una estrella conocida como HE 1523-0901 tenía aproximadamente 13.200 millones de años. Ella y sus colegas están bastante seguros de que se trata de una de las primeras generaciones de estrellas, porque el universo en sí, con unos 13.800 millones de años, es solo un poco más antiguo. Pero para las estrellas sin elementos radiactivos, la regla general es que cuanto menos elementos, más viejos son. Debido a que los investigadores pudieron derivar la abundancia de solo cuatro elementos en SM0313, Frebel dice que lo más probable es que pertenezca a la segunda generación. (También se sorprendieron por la abundancia relativa de carbono en una estrella tan antigua, lo que sugiere que el elemento era crítico no solo para el surgimiento de la vida, sino también en el universo primitivo).

Lo que ha convencido a Frebel de que puede ser la estrella más antigua conocida es que parece carecer de hierro. En la escala de metalicidad que usan los astrónomos, −1.0 significa que una estrella tiene una décima parte del contenido de hierro de nuestro sol, −2.0 es una centésima, y ​​así sucesivamente. En 2002, el astrónomo Norbert Christlieb informó del descubrimiento de una estrella cuya metalicidad era -5,2; antes de defender su tesis en 2006, Frebel encontró una estrella con -5,4. Con el descubrimiento de SM0313, que no tiene hierro detectable en absoluto, Frebel y sus colegas establecieron un nuevo récord en -7,1, o posiblemente incluso menos porque solo se pudo determinar un límite superior.

Anna Frebel monitorea los telescopios Magellan en un observatorio en Chile.

Frebel comenzó su búsqueda como estudiante de licenciatura en física. Se tomó un año de descanso de los estudios en su Alemania natal para realizar investigaciones astronómicas en Australia, donde obtuvo vistas del cielo que solo el hemisferio sur puede proporcionar. Mientras estaba allí, conoció a Christlieb, entonces de la Universidad de Hamburgo, poco después de que él descubriera la estrella −5,2. Rápidamente me di cuenta de que Anna no tiene miedo de explorar un territorio desconocido y que no es una persona que se rinda fácilmente, recuerda.

Después de obtener un doctorado de la Universidad Nacional de Australia y completar un posdoctorado en la Universidad de Texas y el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, Frebel se unió a la facultad del MIT en 2012. Un gran atractivo fue el acceso del Instituto a algunos de los telescopios más poderosos del mundo. El año pasado, pasó 10 noches recopilando datos con los telescopios gemelos Magellan en el observatorio Las Campanas en Chile. (Ella se encuentra entre los que ofrecen información sobre el espectrógrafo del nuevo Telescopio Gigante de Magallanes, que tendrá seis veces la capacidad de captación de luz de los telescopios más grandes de la actualidad).

A pesar del largo viaje a este remoto observatorio en el desierto de Atacama, ella dice que siempre se siente rejuvenecida por el cielos salpicados de diamantes . Toda la noche sus ojos están pegados a la computadora que registra los datos espectrales. Con el tiempo de los instrumentos tan valioso, Frebel tiene que equilibrar sus observaciones para poder obtener suficientes datos sobre todas sus estrellas objetivo. Las galaxias enanas son tan tenues que se necesitan cerca de 10 horas para recolectar suficientes fotones, explica; las estrellas de halo brillantes no requieren tanta exposición. Cuando el clima no coopera, revisa el correo electrónico o se entrega a su pasatiempo de la astrofotografía, ya que los cielos nublados son buenas imágenes. Ella analiza los datos solo después de llegar a casa.

Frebel creció en la pequeña ciudad de Göttingen y siempre podía ver las estrellas en las noches claras, algo que no es tan fácil en Boston, con sus cielos anaranjados. Su romance con las estrellas comenzó temprano, pero cuando era adolescente, consideró seriamente ser diseñadora de moda. Aunque no tenía ningún entrenamiento formal, diseñó y cosió muchas de sus prendas, a menudo duplicando trajes elegantes que le gustaban o inventando los suyos propios. Al final, la astronomía ganó porque, dice, me encantó más. Podría mantener la moda como hobby. Ahora, en lugar de trabajar con la mente y las manos para recrear el patrón de un vestido, imagina cómo se habría visto el universo primitivo y recopila datos para probar su idea. Creo que mi confección me brindó una herramienta de capacitación para desarrollar ideas y luego perseguirlas rigurosamente, dice.

Frebel está ansioso por compartir esas ideas con el público; Princeton University Press planea publicar su libro de divulgación científica alemana, Buscando las estrellas más antiguas , En traducción. Y ella trabaja felizmente con astrónomos de todo tipo. Hasta hace poco, los teóricos y observadores en el campo de las primeras estrellas han estado trabajando en gran medida sin mucho contacto, dice Volker Bromm, profesor de astronomía de la Universidad de Texas y colaborador desde los días de postdoctorado de Frebel. Anna es única entre los observadores en su deseo de interactuar con los teóricos, integrar sus observaciones en el contexto teórico general y guiarlos hacia predicciones empíricas relevantes.

Las observaciones de los arqueólogos estelares ciertamente están alterando las suposiciones teóricas, como la noción de que todas las estrellas tempranas estallaron en explosiones masivas que arrojaron elementos pesados ​​como el hierro. Frebel y sus colegas creen que el progenitor de SM0313 debe haber salido como una supernova tenue. Solo una explosión de baja energía produciría elementos más ligeros como el carbono, pero no expulsaría elementos más pesados ​​como el hierro fabricado en el núcleo de la estrella original. Los astrónomos buscan una docena de otras estrellas de segunda generación para reforzar esta nueva idea.

En mayo, Frebel y su equipo publicaron su descubrimiento de la galaxia menos evolucionada químicamente encontrada hasta ahora: Segue 1, ubicada a 75.000 años luz de la Tierra. Con solo alrededor de mil estrellas, todas pobres en metales, esta débil galaxia puede darnos una visión más clara de las condiciones del universo primitivo. Pero un estudio más profundo de sus estrellas distantes y tenues requerirá algo de esfuerzo.

Aún así, nuestros telescopios solo están mejorando. Las probabilidades de encontrar a los antiguos tanto cercanos como lejanos, y descubrir sus secretos, parecen estar a favor de Frebel.

Nota del editor: originalmente se informó que una estrella conocida como SM0313, que Anna Frebel y sus colegas descubrieron en el halo de la Vía Láctea, respalda la teoría de que nuestra galaxia ha estado creciendo al darse un festín con sus vecinas. Si bien otra evidencia sugiere que la Vía Láctea está haciendo precisamente eso, la inusual firma química de SM0313 es diferente a la de las estrellas en galaxias enanas cercanas descubiertas hasta ahora, lo que hace que esta estrella no sea adecuada para investigar la evolución de la Vía Láctea.

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