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Un nuevo descubrimiento arroja luz sobre cómo se forja el flúor -un elemento que se encuentra en los huesos y los dientes en forma de flúor- en el universo. Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en el que participa 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 12.000 millones de años en llegar hasta nosotros. Es la primera vez que se detecta flúor en una galaxia de formación estelar tan lejana.
"Todos conocemos el flúor porque la pasta de dientes que usamos a diario lo contiene en forma de fluoruro", explica Maximilien Franco, de la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido), que ha dirigido el nuevo estudio, publicado hoy en Nature Astronomy. Como la mayoría de los elementos que nos rodean, el flúor se crea en el interior 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!".
Franco y sus colaboradores detectaron el flúor (en forma de fluoruro de hidrógeno) en las grandes nubes de gas de la lejana galaxia NGP-190387, que vemos tal y como era cuando el universo tenía sólo 1.400 millones de años, aproximadamente el 10% de su edad actual. Dado que las estrellas expulsan los elementos que forman en sus núcleos cuando llegan al final de su vida, esta detección implica que las estrellas que crearon el flúor debieron vivir y morir rápidamente.
El equipo cree que las estrellas Wolf-Rayet, estrellas muy masivas que viven sólo unos pocos millones de años, un parpadeo en la historia del universo, son los lugares más probables de producción de flúor. Son necesarias para explicar las cantidades de fluoruro de hidrógeno que el equipo ha detectado, dicen. Las estrellas Wolf-Rayet se habían sugerido antes como posibles fuentes de flúor cósmico, pero los astrónomos no sabían hasta ahora lo importantes que eran en la producción de este elemento en el universo primitivo.
"Hemos demostrado que las estrellas Wolf-Rayet, que se encuentran entre las más masivas conocidas y pueden explotar violentamente al llegar al final de su vida, nos ayudan, en cierto modo, a mantener una buena salud dental", dice Franco.
Además de estas estrellas, en el pasado se han planteado otras hipótesis sobre cómo se produce y expulsa el flúor. Un ejemplo son las pulsaciones de estrellas gigantes y evolucionadas con masas de hasta pocas veces la de nuestro sol, llamadas estrellas de rama gigante asintótica. Pero el equipo cree que estos escenarios, algunos de los cuales tardan miles de millones de años en producirse, podrían no explicar completamente la cantidad de flúor en NGP-190387.
"A esta galaxia le bastaron decenas o cientos de millones de años para tener niveles de flúor comparables a los encontrados en las estrellas de la Vía Láctea, que tiene 13.500 millones de años. Se trata de un resultado totalmente inesperado", afirma Chiaki Kobayashi, profesor de la Universidad de Hertfordshire. "Nuestra medición añade una restricción completamente nueva sobre el origen del flúor, que ha sido estudiado durante dos décadas".
El descubrimiento en NGP-190387 supone una de las primeras detecciones de flúor más allá de la Vía Láctea y sus galaxias vecinas. Los astrónomos ya habían detectado este elemento en cuásares lejanos, objetos brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos en el centro de algunas galaxias. Pero nunca antes se había observado este elemento en una galaxia de formación estelar tan temprana en la historia del universo.
La detección del flúor por parte del equipo fue un descubrimiento casual que fue posible gracias al uso de observatorios espaciales y terrestres. NGP-190387, descubierta originalmente con el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea y observada posteriormente con ALMA, con sede en Chile, es extraordinariamente brillante para su distancia. Los datos de ALMA confirmaron que la excepcional luminosidad de NGP-190387 estaba causada en parte por otra galaxia masiva conocida, situada 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, permitiéndoles detectar la débil radiación emitida hace miles de millones de años por el flúor de NGP-190387.
Fuentes, créditos y referencias:
Maximilien Franco, The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01515-9
Imagen: Esta impresión artística muestra NGP-190387, una galaxia polvorienta de formación estelar que está tan lejos que su luz ha tardado más de 12.000 millones de años en llegar a nosotros. Las observaciones de ALMA han revelado la presencia de flúor en las nubes de gas de NGP-190387. Hasta la fecha, se trata de la detección más lejana del elemento en una galaxia con formación estelar, una que vemos como si fuera sólo 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 el flúor, sugiriendo que las estrellas de corta vida conocidas como Wolf-Rayet son su lugar de nacimiento más probable. Crédito: ESO/M. Kornmesser