Persiste la incógnita en torno a qué enciende los halos de helio de las galaxias primigenias

Hace unos trece mil trescientos millones de años se formaron las primeras galaxias, compuestas casi en su totalidad por hidrógeno y helio, los elementos primordiales que surgieron tras el Big Bang. Pobladas por un tipo de estrellas ya extintas, se hallan fuera de nuestra capacidad de observación, y en la actualidad se emplean galaxias “análogas” a aquellas primigenias para determinar sus propiedades, entre ellas el origen de unos extensos halos de helio ionizado comunes en las galaxias primitivas. IZw18, una galaxia cercana empleada como análogo desde hace décadas, muestra ahora que estos halos siguen siendo, de momento, inexplicables.

“La galaxia enana IZw18 es una de las galaxias más pobre en metales (en astrofísica, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) del universo cercano, y una de las que más se asemeja a las primeras galaxias. De modo que su estudio nos permite atisbar las condiciones que se daban en el universo primordial”, destaca Carolina Kehrig, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que encabeza una investigación que analiza las propiedades de IZw18.

En 2015 esta investigadora lideraba el hallazgo, en torno a la pequeña galaxia IZw18, de una región muy extensa de helio ionizado, una estructura frecuente en galaxias muy distantes y con poca abundancia de metales, y que sumaba una coincidencia más entre IZw18 y las galaxias primitivas.

La ionización del helio requiere la presencia de objetos que emitan una radiación lo suficientemente intensa como para arrancar los electrones de los átomos de helio. Y se calculó que las fuentes de ionización convencionales, como estrellas Wolf-Rayet –estrellas muy masivas con vientos estelares muy intensos– o los choques generados por remanentes de supernova, no proporcionaban la energía necesaria para generar el halo de helio ionizado de IZw18.

En el trabajo actual se estudian los efectos que muestran los rayos X en la ionizacion del helio en esta galaxia enana, dominada por una única fuente: una binaria de rayos X, o un sistema formado por una estrella similar al Sol que gira en torno a un centro de masas común con un objeto compacto, bien una estrella de neutrones o un agujero negro.

Contornos de la emisión en rayos X en la galaxia IZw18, producida por una única binaria de rayos X. Las cruces de las imágenes izquierda y central marcan la emisión máxima en helio ionizado (en la imagen derecha en rojo), que no coincide con la posición del sistema binario.

“Las binarias de rayos X de alta masa son una fuente de radiación de alta energía y han sido propuestas en la literatura como un posible mecanismo de ionización del helio en galaxias con formación estelar masiva –apunta Kehrig (IAA-CSIC)–. Investigamos por primera vez la variabilidad temporal de la binaria de rayos-X de IZw18 y hallamos que su bajo nivel de emisión de rayos X, así como sus pequeñas variaciones en los últimos treinta años, resultan insuficientes para generar el halo de helio ionizado de la galaxia”.

La morfología extendida del halo de helio, así como la distancia entre su máximo de emisión y la posición de la binaria de rayos X, revelada por primera vez en este estudio, refuerzan la hipótesis de que los fotones de rayos X no pueden ser responsables de la formación del halo ionizado del helio en IZw18.

En el trabajo anterior, este grupo investigador proponía que estrellas extremadamente calientes, como estrellas supermasivas de baja metalicidad o bien estrellas masivas prácticamente sin metales, podrían esconder la clave para resolver el problema de la excitación del helio en IZw18. Se trataría de estrellas muy calientes análogas a las estrellas de primera generación (conocidas como estrellas de Población III) y que, según los modelos teóricos, estarían compuestas solo por hidrógeno y helio y podrían tener cientos de veces la masa del Sol.

“Sin embargo, la existencia de estrellas de este tipo aún no ha sido confirmada observacionalmente en ninguna galaxia. De modo que, descartadas las fuentes convencionales y las de rayos X, seguimos sin saber qué ioniza los halos de helio en las galaxias», concluye Carolina Kehrig (IAA-CSIC).