Un nuevo estudio plantea que, aunque no se llegasen a detectar de manera directa, el impacto de las primeras estrellas sí que se podría percibir en aquellas galaxias en las que se encontrasen. En esencia, los investigadores explican que determinaron las propiedades de aquellas primeras galaxias…
El impacto de las primeras estrellas del cosmos
Durante mucho tiempo, el conocimiento sobre las primeras galaxias del universo se apoyaba en la teoría. La luz de esa época ha llegado a la Tierra después de miles de millones de años de viaje. En ese largo camino, se ha estirado hasta el infrarrojo y, además, se ha visto oscurecida. Las pistas sobre las primeras galaxias, por tanto, están ocultas en una luz que es muy difícil de interpretar. La potencia del telescopio James Webb, y su capacidad de análisis del espectro infrarrojo, está resultando una gran ayuda. Nunca se había visto tan lejos y con tanta claridad.
El JWST ha logrado observar algunas de las primeras galaxias, llevando a una gran cantidad de pistas y preguntas complicadas. Sin embargo, no es capaz de observar estrellas individuales. Así que, ¿cómo detectar el impacto en esas primeras galaxias? Sabemos que las estrellas son objetos dinámicos y potentes, que tienen una fuerza descomunal. Son capaces de fusionar átomos y convertirlos en elementos nuevos. Es un proceso llamado nucleosíntesis. Las supernovas son especialmente buenas en este sentido, por la utilidad de sus explosiones.
Desatan una corriente de energía y materia que se esparce por el universo. Las supernovas se producían ya en aquellas primeras épocas. Las primeras estrellas del universo, de la Población III, eran extremadamente masivas. Tanto que, al final de sus vidas, explotaban como supernovas. Por lo que debió haber una gran cantidad de supernovas entre esas estrellas. Un nuevo estudio analiza el efecto de esas supernovas en sus galaxias. Para entender este trabajo tendremos que hablar de la metalicidad. Un concepto que quizá nos resulte familiar.
Los elementos forjados en el interior de las estrellas
En el inicio del universo, nos encontrábamos con hidrógeno primordial, helio y solo pequeñas cantidades de litio y berilio. Si nos fijamos en la tabla periódica, veremos que estos son los cuatro primeros elementos. Todo aquello más allá del hidrógeno y el helio, en astronomía, es un metal. La metalicidad en el universo aumenta con el paso del tiempo, debido a la nucleosíntesis estelar. Pero en aquella época el hidrógeno dominaba el universo, exactamente igual que sucede ahora. Solo tras la explosión de las primeras estrellas, llegó el protagonismo de otros elementos.
El nacimiento de las primeras estrellas marcó el final de la era oscura. Dio paso a la formación de las primeras galaxias y agujeros negros supermasivos. Así lo cuentan los investigadores. El trabajo se centra, principalmente, en el papel de estos astros como creadores de elementos. Los investigadores han utilizado simulaciones por ordenador para examinar el impacto de esas primeras estrellas (de población III) en sus galaxias. Se han fijado en diferentes tipos de supernovas: las de colapso del núcleo, las de inestabilidad de pares y las hipernovas.
Las estrellas sólo se pueden formar a partir del gas frío y denso. Cuando el gas es demasiado cálido, no es suficientemente denso para colapsar en núcleos protoestelares. Los investigadores han determinado que, cuando explotaban las estrellas de población III, producían metales y los esparcían en el gas en su entorno. Los metales enfriaban rápidamente ese gas, provocando una formación de estrellas más rápida. Los restos de supernova de estas estrellas, según las simulaciones, caían hacia el centro de los halos de materia oscura en los que estaban…
Las turbulencias y el impacto de las primeras estrellas
Esto provocaba que, en ocasiones, diferentes restos de supernova chocasen y produjesen flujos turbulentos. La mezcla de gas y metales, de esas supernovas, explican los investigadores, crean estructuras en forma de filamento que, rápidamente, se condensan en cúmulos densos debido a su propia gravedad y el enfriamiento del gas. Esto lleva a más formación de estrellas. Aunque, en aquel momento, todavía nacían estrellas de población III. No estaban enriquecidas por las supernovas anteriores, partían del gas primordial.
Algunas de esas estrellas de población III más tardías se formaron antes de que las primeras llegasen al centro del halo, creando una situación compleja. Esa segunda tanda de estrellas de población III afectaban a su entorno. Calentaban el gas a su alrededor (con su intensa radiación ultravioleta) impidiendo la formación de estrellas. Pero, al ser tan masivas, no vivían demasiado tiempo y, al explotar como supernovas, esparcían metales en su entorno. Esto enfriaba el gas y desencadenaba la formación de nuevas estrellas. Así, moldearon las primeras galaxias.
Inyectaban metales en las nubes de formación de estrellas y enfriaban el gas. Esto provocaba que esas nubes se fragmentasen, provocando que la siguiente generación de estrellas, las de población II, fuesen menos masivas. Así que el estudio muestra que las estrellas moldearon a las que vendrían después. Algo que también responde a la pregunta de si las primeras estrellas de población II eran tremendamente pobres en metales. Según estas simulaciones, no sería el caso. Sea como fuere, todavía quedan muchas cosas por responder…
Estudio
El estudio es C. Ke-Jung, T. Ching-Yao, D. Whalen et al.; «How Population III Supernovae Determined the Properties of the First Galaxies». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
