Un grupo de investigadores ha logrado avanzar hacia determinar la masa de las primeras estrellas del universo. Lo han logrado con la ayuda de un superordenador en el Laboratorio Nacional Berkeley. Entender mejor cómo fueron las primeras estrellas del cosmos resultará muy útil…
La masa de las primeras estrellas es importante para entender su destino
Durante las primeras etapas del universo, tras el Big Bang, solo existían hidrógeno y helio. Los elementos críticos para la vida, como el carbono y el oxígeno, todavía no se habían formado. Aproximadamente, 200 millones de años después, comenzaron a nacer las primeras estrellas del cosmos. Son conocidas como Población III. Estas estrellas comenzaron la producción de elementos más pesados por medio de la fusión nuclear en sus interiores. Al llegar al final de sus vidas, algunas de estas estrellas debieron convertirse en supernovas.
En esas potentes explosiones, dispersaron esos nuevos elementos por todo el universo. Es decir, comenzaron a sembrar el cosmos con los elementos clave de la vida. El tipo de supernova que tiene lugar depende de la masa que tuviese la estrella en el momento en el que llega al final de su vida. Esto da lugar a diferentes patrones de abundancia de elementos. Las observaciones de estrellas extremadamente pobres en metales, formadas por después de las primeras estrellas, y sus supernovas, han sido clave para estimar la masa de las primeras estrellas.
Por medio de las observaciones, la abundancia de elementos de esas estrellas pobres en metales sugiere que las primeras estrellas debieron tener entre 12 y 60 veces la masa del Sol. Sin embargo, en simulaciones anteriores, se proponía un abanico mucho más amplio de posibles masas, llegando a cifras muy superiores a esas indicaciones. Así, se sugería que la masa de las primeras estrellas podría estar entre 50 y 1000 masas solares. Es una discrepancia muy importante entre simulaciones y observaciones, que ha dejado perplejos a muchos astrofísicos durante años.
La útil ayuda de los superordenadores
Los investigadores Ching-Yao Tang y Ke-Jung Chen han utilizado el superordenador del Laboratorio Nacional de Berkeley para crear la primera simulación hidrodinámica, de alta resolución en 3D, de las turbulentas nubes de formación de estrellas en las que nacieron esos primeros astros. Los resultados indican que las turbulencias supersónicas, en esencia, fragmentan las nubes de formación de estrellas en diferentes fragmentos. Cada cúmulo tiene un núcleo denso, con entre 22 y 175 masas solares. Eran las cunas de las primeras estrellas…
De esos cúmulos de material deberían formarse estrellas con entre 8 y 58 veces la masa del Sol. Por lo que la estimación encajaría muy bien con las observaciones. Además, si las turbulencias fuesen débiles en las simulaciones, los investigadores pueden reproducir resultados similares a partir de simulaciones anteriores. Este resultado es muy valioso porque destaca la importancia de las turbulencias en la formación de las primeras estrellas. Ofrece, además, una oportunidad muy atractiva para entender cómo esas primeras estrellas pudieron tener menos masa de lo planteado.
Es capaz de resolver con éxito la discrepancia de masa entre simulación y observación. Por lo que proporciona un marco teórico robusto para trabajar sobre cómo se desarrolló la formación de las primeras estrellas. Es algo en lo que, poco a poco, se está más cerca de comprender las particularidades de esos primeros astros. Esas primeras estrellas fueron las que comenzaron a formar elementos más allá del hidrógeno y el helio en su interior. Otros se formaron durante la explosión en forma de supernova al final de sus vidas…
La tecnología también ayudará para estimar la masa de las primeras estrellas
En los próximos años, con la llegada de misiones cada vez más sofisticadas, se seguirá profundizando en el campo de las estrellas de población III. El telescopio James Webb, no podemos olvidarlo, se concibió entre otras cosas para poder captar las primeras estrellas y, así, obtener información como qué masa pudieron tener. Las simulaciones como ésta permiten entender mejor si la teoría es sólida. La posibilidad de que aquellas estrellas pudiesen llegar a tener mil masas solares parece quedar descartada en estos últimos cálculos.
De momento no se ha captado ninguna estrella que pertenezca a esta población. En teoría, todas debieron morir hace mucho tiempo, miles de millones antes de que se formase el Sol. Por lo que la única posibilidad de observarlas, de manera directa, es detectándolas en galaxias muy lejanas, que podamos ver tal y como eran en las primeras épocas del universo, apenas unos cientos de millones de años tras el Big Bang. En este sentido, James Webb está siendo muy prolífico, al haber descubierto algunas de las galaxias más lejanas conocidas.
Es cuestión de tiempo, parece lógico suponer, que se termine captando la señal de lo que parezca ser una de esas primeras estrellas. Mientras tanto, la única opción viable es seguir trabajando en determinar, a nivel teórico, cómo fueron estas estrellas y las condiciones en las que se formaron. Esta simulación no será, ni mucho menos, la única que permita tener más información sobre aquellos astros que jugaron un papel clave para que el Sistema Solar, y por extensión la vida, pudiesen aparecer en este rincón de la Vía Láctea…
Estudio
El estudio es C. Tang y K. Chen; «Clumpy structures within the turbulent primordial cloud». Publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el 15 de marzo de 2024. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
