El crecimiento limitado de las estrellas de Población III

Las estrellas de Población III, las primeras del universo, debieron tener un crecimiento limitado. Es decir, no pudieron convertirse en estrellas extremadamente grandes. Un nuevo estudio analiza los límites que imponían sus propios campos magnéticos y lo que permite determinar este hecho…

El crecimiento de las estrellas de Población III estaba limitado por el magnetismo

La formación de estrellas en la infancia del universo fue un proceso muy intenso que creó estrellas gigantes. Esas primeras estrellas pertenecieron a la Población III. Se trata de un grupo hipotético de estrellas que está compuesto únicamente por los primeros astros del universo, que solo podían contener hidrógeno y helio. Fue en el interior de esas primeras estrellas donde se formaron el resto de elementos. Muchos de los astros de Población III terminaron sus vidas como supernovas primordiales, que esparcieron esos elementos forjados.

Pero incluso esas primeras estrellas tuvieron limitaciones. Así lo indica un nuevo estudio que muestra que el crecimiento de las estrellas de Población III estaba limitado por sus campos magnéticos. Los científicos observan la formación de estrellas en el universo moderno para entender cómo funciona el proceso. Es difícil de ver porque las estrellas tardan mucho tiempo en formarse. Solo hemos estado viendo estrellas jóvenes, desde una gran distancia, durante unas décadas, así que es difícil entender bien todas las particularidades.

Las estrellas son objetos masivos, energéticos y complejos cuya formación todavía deja muchas preguntas en el aire. Sin embargo, sí que se ha podido obtener una imagen general. Comienza con una nube de hidrógeno molecular que colapsa y se convierte en un núcleo denso. Este núcleo se convierte en una protoestrella, también llamada objeto estelar joven. Los discos de acreción se forman alrededor de las estrellas jóvenes y es ahí donde entra en escena algo llamado retroalimentación radiativa. Los discos de acreción, hay que recordar, están compuestos por material.

El papel de la radiación

A medida que las estrellas jóvenes van acumulando masa (de ese disco), radian el calor hacia el exterior, a sus propios discos. A medida que el material se calienta, el proceso de acreción se frena o incluso se detiene. Por lo que la retroalimentación radiativa limita cuánto puede crecer una estrella. Los objetos estelares jóvenes rotan más rápido que las estrellas maduras. La rotación crea un campo magnético muy potente. Esos campos, a su vez, generan chorros desde los polos de los objetos estelares jóvenes, y eso nos lleva a una pieza clave.

Esos chorros roban parte de la energía de acreción, limitando el crecimiento de la estrella. Los chorros también pueden dispersar parte del gas a su alrededor, limitando el crecimiento todavía más. Sin embargo, esta imagen puede ser muy diferente para las estrellas de Población III. Para comenzar, no podemos olvidar que su existencia es hipotética, aunque la teoría apunta a que las primeras estrellas tuvieron que ser así. Si existieron, lo que se busca es entender cómo se formaron y cuáles eran los límites que afectaban a su crecimiento.

Si son reales, las estrellas de Población III desempeñaron un papel crítico en el universo, al formar los primeros elementos más allá del hidrógeno y el helio, y esparcirlos por el espacio. Según los autores de esta nueva investigación, las simulaciones no han sido lo suficientemente detalladas para explicar la masa que podían llegar a adquirir esas estrellas. La masa de los astros de Población III está principalmente limitada, ya que no hay ninguna simulación que tenga en cuenta toda la física relevante para la formación de esas primeras estrellas.

Qué sucedía con el crecimiento limitado de las estrellas de Población III

Con esto en mente, los investigadores han simulado hasta los 5000 años después de la formación de la primera estrella. En estas simulaciones más detalladas, en las que se incluyen los campos magnéticos y otros factores, esas primeras estrellas estaban limitadas a 65 masas solares. Es una estimación mucho más modesta que lo que se sugería en otras simulaciones, donde se planteaba que las estrellas de Población III pudieron llegar a las 120 masas solares. Además, los resultados muestran que en ambas simulaciones, el crecimiento se veía afectado por estrellas compañeras.

Al final, se reduce a una competición entre la gravedad y los campos magnéticos. A medida que las estrellas jóvenes incorporan masa, su gravedad aumenta. Esto debería atraer más masa, pero los campos magnéticos contrarrestan a la gravedad. Esta pelea de fuerzas tiene lugar antes de que se active la retroalimentación radiativa. Junto a otras simulaciones, los investigadores han descubierto que los campos magnéticos limitan la cantidad de gas que cae hacia la estrella en las fases posteriores de su formación, y es una barrera importante.

Incluso antes de que la retroalimentación radiativa limite el crecimiento, los campos magnéticos ya establecen unos límites robustos. Las estrellas de Población III, por tanto, pudieron ser menos masivas de lo que se ha sugerido habitualmente. Si bien es cierto que seguirían siendo estrellas capaces de explotar como supernovas, sus vidas hubieran sido algo más largas de lo que se sugiere. En cualquier caso, todavía queda mucho trabajo por delante para entender mejor cómo fueron aquellos primeros astros que iluminaron el universo…

Estudio

El estudio es P. Sharda, S. Menon, R. Gerasimov et al.; «Magnetic fields limit the mass of Population III stars even before the onset of protostellar radiation feedback». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.

Referencias: Universe Today