Estrellas ricas en fósforo: semillas de vida en el Universo.

La revista Nature Communications publica hoy el descubrimiento de un nuevo tipo de estrellas muy ricas en fósforo, que podría ayudar a explicar el origen de este elemento químico en nuestra galaxia. El hallazgo ha sido realizado por astrónomos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) e investigadores en ciencias de la computación del Centro de Investigación de Tecnologías de la Información y Comunicación (CITIC), de la Universidad de La Coruña (Galicia).

Esquema que representa el origen del fósforo en la Tierra, respecto a posibles fuentes estelares de fósforo en nuestra Galaxia. Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).

Todos los elementos químicos del Universo, excepto el hidrógeno y la mayor parte del helio, han sido producidos en el interior de las estrellas. Pero entre ellos existen unos pocos (carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo) que son de particular interés porque son fundamentales para la vida, tal y como la conocemos en la Tierra. En el caso del fósforo, este forma parte de las moléculas del ADN y el ARN, y también es un elemento imprescindible en el intercambio energético en las células y para el desarrollo de sus membranas.

El estudio publicado en Nature, basado en el análisis de un gran número de espectros infrarrojos (en banda H con APOGEE) de la base de datos pública del Sloan Digital Sky Survey, podría ofrecer definitivamente candidatos estelares prometedores para esclarecer la procedencia y la cantidad observada de este elemento químico en la Galaxia y, en particular, en nuestro sistema solar, algo que hasta ahora ninguno de los modelos actuales de evolución química galáctica puede explicar.

Sin embargo, la química peculiar que presentan estas estrellas es aún desconcertante. De hecho, no solo son ricas en fósforo, sino que también lo son en otros elementos como el magnesio, el silicio, el oxígeno, el aluminio y en elementos incluso más pesados como el cerio. Sorprendentemente, después de un extenso análisis de todas las posibles fuentes estelares y procesos conocidos de formación de elementos químicos en el interior de las estrellas, tal patrón químico no es predicho por las teorías actuales de evolución y nucleosíntesis estelar.

"Estos resultados no solo muestran que estamos tratando con un nuevo tipo de objetos, sino que su descubrimiento abre el camino para la exploración de nuevos mecanismos físicos y reacciones nucleares que ocurren en el interior de las estrellas", explica el investigador del IAC Thomas Masseron, líder del proyecto y primer autor del artículo.

Todos los elementos químicos del Universo (excepto H y la mayor parte del He) han sido producidos en el interior de las estrellas. Pero entre todos los elementos químicos, existen unos pocos (carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo) que son de particular interés porque son fundamentales para la vida, tal y como la conocemos en la Tierra. Sin embargo, el origen estelar del fósforo (P) es todavía desconocido ya que ninguno de los modelos actuales de evolución química Galáctica puede explicar todo el fósforo que observamos en la Galaxia y, en particular, en nuestro Sistema Solar, lo que pone de manifiesto nuestro desconocimiento de la fuente estelar de fósforo. En este trabajo se presenta el descubrimiento de estrellas muy ricas en fósforo. Este descubrimiento está basado en el análisis de un gran número de espectros infrarrojos (en banda H con APOGEE) de la base de datos pública del Sloan Digital Sky Survey. Si bien este descubrimiento ofrece definitivamente candidatos estelares prometedores para explicar el origen del fósforo en nuestra Galaxia, la química peculiar que presentan estas estrellas es aún desconcertante. De hecho, no sólo son ricas en fósforo, sino que también son ricas en otros elementos como el magnesio, el silicio, el oxígeno, el aluminio y elementos incluso más pesados como el cerio. Sorprendentemente, después de un extenso análisis de todas las posibles fuentes estelares y procesos de nucleosíntesis conocidos, tal patrón químico no es predicho por las teorías actuales de evolución y nucleosíntesis estelar. La inclusión de efectos específicos como la rotación o la nucleosíntesis avanzada en regiones convectivas-reactivas en estrellas masivas representan las alternativas más prometedoras para explicar la existencia de estrellas ricas en P. En realidad, dependiendo de la frecuencia de tal fenómeno, los progenitores de las estrellas ricas en fósforo podrían haber contribuido significativamente al fósforo presente en la Tierra hoy en día.

"Puede ser una pista muy importante sobre el origen de un componente fundamental para la vida como es el fósforo", comenta Aníbal García-Hernández, también investigador del IAC y segundo autor del artículo.

Además, gracias al tiempo de servicio español, se pudo obtener el espectro óptico de la estrella de fósforo más brillante con el espectrógrafo Echelle (FIES), montado en el Telescopio Óptico Nórdico (NOT), del Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma).

"El espectro permitió obtener las abundancias químicas de más elementos en estas estrellas tan peculiares y ricas en fósforo y descartó definitivamente cualquier candidato estelar conocido que pudiera explicar la existencia de estrellas ricas en este elemento", indica Olga Zamora, coautora del artículo y astrónoma de soporte del IAC.

"Un descubrimiento tan inesperado y extraordinario no podría haberse realizado sin una estrecha colaboración interdisciplinar entre astrónomos y expertos en computación", destaca Arturo Manchado, coautor del artículo e investigador del IAC.

Artículo: T. Masseron, D. A. García-Hernández, R. Santoveña, A. Manchado, O. Zamora, M. Manteiga y C. Dafonte. “Phosphorus-rich stars with unusual abundances are challenging theoretical predictions”. Nature Communications. DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-020-17649-9

Contacto en el IAC:

- Thomas Masseron: thomas.masseron@iac.es

- Aníbal García Hernández: agarcia@iac.es

- Arturo Manchado: amt@iac.es

- Olga Zamora: ozamora@iac.es

• Publicado en el IAC el 4 de agosto del 2020, enlace artículo.