Pronto podríamos ver las primeras estrellas del universo

Después del Big Bang, el universo atravesó un período de oscuridad. No hubo ninguna estrella que lo iluminase. Aunque todavía no lo hemos logrado, es posible que en un futuro cercano seamos capaces de ver las primeras estrellas que iluminaron el universo…

La primera luz después de la Época Oscura

Pronto podríamos ver las primeras estrellas del universo

Concepto artístico de las primeras estrellas del universo. Crédito: NASA

Después del Big Bang, el universo atravesó un período antes de que se formasen las primeras estrellas del universo. Es lo que se conoce como la época oscura. El nacimiento de las primeras estrellas provocó que el universo cambiase de una manera muy profunda. Pero, hasta ahora, no se ha logrado observarlas. Su estudio sería muy interesante, porque fueron muy diferentes a las estrellas que podemos observar en el universo en la actualidad.

Su estudio nos podría ayudar a comprender uno de los aspectos más intrigantes del cosmos. ¿Cómo se formaron los agujeros negros supermasivos? Sabemos cómo se forma un agujero negro. Una estrella gigante, con más de ocho veces la masa del Sol, pasa por una breve secuencia principal. En ella, fusiona el hidrógeno acumulado durante su formación en helio. Al agotarlo, comienza a fusionar ese helio. Y así sucesivamente hacia elementos más pesados.

El proceso termina con la fusión de hierro, que requiere más energía de la que produce. Después, nada puede impedir que la estrella colapse bajo su inmensa gravedad. Es tan masiva que nada puede impedir que termine colapsando por completo, convirtiéndose en un agujero negro. Ese agujero negro, con el tiempo, puede chocar con otros agujeros negros y absorberlos. Así como absorber el material que haya a su alrededor. Puede crecer de manera considerable.

El nacimiento de los  agujeros negros supermasivos

Concepto artístico del agujero negro supermasivo más distante observado hasta la fecha. Es parte de un quásar formado 690 millones de años tras el Big Bang.
Crédito: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

Así que, con el suficiente tiempo y las suficientes colisiones y absorciones de material, un agujero negro puede ser realmente grande. Un agujero negro supermasivo. Creemos que hay uno en el centro de todas las galaxias grandes. Sus masas son muy superiores a las del Sol. Se calculan en millones de masas. Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, tiene una masa estimada de unos 4 millones de veces la masa de nuestra estrella.

En ese agujero negro supermasivo puede seguir cayendo nuevo material. Al hacerlo, el gas se comprime y se calienta. Puede llegar a brillar con más intensidad que toda una galaxia. Es lo que popularmente se conoce como un quásar. En esencia es, simplemente, eso, un agujero negro supermasivo que está absorbiendo material. El inconveniente es que solo vemos quásares en el universo lejano. Es decir, cuando el universo era muy joven.

Existieron cuando el cosmos ni siquiera tenía mil millones de años. Esto es un problema enorme. Porque todo ese proceso de crecimiento desde un agujero negro de masa estelar (provocado por la muerte de una estrella muy masiva) no sucede en una escala de tiempo tan pequeña. Lo que nos lleva a una pregunta desconcertante. ¿Cómo pudieron formarse los agujeros negros supermasivos con tanta rapidez? Las primeras estrellas del universo podrían tener la clave.

Las primeras estrellas del universo podrían tener respuestas

Concepto artístico de la explosión de una estrella. Crédito: NASA

La ruta que podemos imaginar no encaja en el universo joven. Así que tiene que haber una alternativa. Un atajo que nos permita explicar cómo pudieron formarse esos agujeros negros supermasivos. La forma más sencilla es que un agujero negro supermasivo tenga su origen en una estrella supermasiva. Una estrella mucho más masiva que cualquier cosa que podamos observar hoy en día. Con una masa de 100 000 veces la del Sol.

Es imposible observar una estrella así en el universo actual. Las interacciones y su inestabilidad provocará que toda esa acumulación de masa termine, en su lugar, dando origen a la formación de multitud de estrellas mucho más pequeñas. De hecho, por eso se cree que las estrellas con más de 100 masas solares son extremadamente raras hoy en día, a pesar de que su existencia es perfectamente posible si nos guiamos por lo que sabemos del universo.

Pero la Época Óscura nos ofrece un vistazo a un universo que era diferente. No existían los elementos pesados. En astronomía, un elemento pesado es todo aquello más allá del hidrógeno y el helio. Los elementos pesados pueden enfriar una nube de gas y provocar que se fragmente en trozos mucho más pequeños. Además, la radiación ultravioleta emitida en el proceso de nacimiento de otras estrellas, más pequeñas, también provocaría ese enfriamiento y fragmentación.

Las primeras estrellas debieron ser muy masivas

Ilustración que muestra la evolución del universo, desde el Big Bang (izquierda) hasta la actualidad) derecha.
Crédito: NASA

En la Época Oscura no había estrellas. Es decir, no había, por tanto, ni elementos pesados ni estrellas emitiendo radiación ultravioleta. Eran unas condiciones diferentes que encajan con los requisitos para poder dar lugar al nacimiento de estrellas supermasivas. En esas condiciones, sí es posible que una cantidad gigantesca de material se hubiese condensando en un mismo espacio, dando nacimiento a las primeras estrellas del cosmos.

Esas estrellas, por tanto, debieron ser increíblemente grandes. Sus vidas debieron ser muy breves y, al terminar, colapsaron directamente hacia agujeros negros muy masivos. Este proceso permitiría acortar enormemente la evolución hasta los agujeros negros supermasivos. La idea sobre el papel funciona muy bien. Pero para saber si es real, es necesario tener alguna demostración. Es decir, necesitamos ver las primeras estrellas del universo.

El problema es que vivieron hace miles de millones de años y brillaron durante muy poco tiempo (en la escala cósmica). Observarlas a distancias tan extremas es muy difícil. Pero un estudio plantea que quizá fueron estrellas bastante frías. Con una temperatura superficial de entre 5 700 y 7 700ºC. Sus superficies debieron tener un brillo rojo muy intenso. Debieron tener la intensidad de diez mil millones de soles combinados.

Las primeras estrellas podrían ser visibles próximamente

Concepto artístico del telescopio espacial James Webb.
Crédito: NASA

Esa combinación de factores implican que podrían ser visibles en la longitud infrarroja del espectro electromagnético. El telescopio James Webb podría ser capaz de observarlas. Es una misión diseñada para intentar detectar las primeras estrellas. Podría permitirnos descubrir si las primeras estrellas fueron supermasivas como se plantea. No solo eso, podríamos observar alguna de forma directa con un poco de suerte.

Todo depende de si alguna de esas estrellas llegó a sobrevivir hacia el período en el que algunas de esas estrellas ya habían colapsado para dar lugar al nacimiento de agujeros negros gigantescos. Si es así, estarían algo más cerca de nosotros y su estudio sería más fácil. Por ahora solo es una hipótesis, pero la posibilidad de observar las primeras estrellas directamente sería un gran hallazgo. Quizá no estemos tan lejos de ello.

Esas estrellas también se llaman Población III. Siendo la Población II las estrellas más viejas y con menos elementos pesados que las de Población I, más jóvenes y el grupo al que pertenece el Sol. Descubrirlas nos ayudará a comprender no solo cómo evolucionaron las primeras estrellas. También cómo pudieron originarse los agujeros negros supermasivos y, por extensión, cómo evolucionaron las primeras galaxias del universo.

El estudio es M. Surace, D. Whalen, T. Hartwig et al; “On The Detection of Supermassive Primordial Stars”. Fue publicado el 21 de noviembre de 2018. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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