¿Cuáles fueron las primeras estrellas del universo?

Desde que se formó el universo, han sido varias las generaciones estelares que se han producido hasta tener las que tenemos hoy en día.

Las estrellas de la población I son las que contienen cantidades significativas de elementos más pesados que el helio (llamados “metales” por los astrónomos). Estos elementos pesados fueron creados por anteriores generaciones de estrellas y diseminados en el medio interestelar por explosiones de supernovas. Nuestro Sol es una estrella de población I. Son comunes en los brazos espirales de la Vía Láctea y de cualquier otra galaxia espiral.

Las estrellas de la población II pertenecen a las segundas generaciones de estrellas de vida larga creadas tras el Big Bang, y por tanto la mayoría con poca abundancia de metales. Resulta improbable que tengan planetas orbitándolas. Las estrellas de población II se encuentran en cúmulos globulares y en el núcleo de la Vía Láctea. También estas estrellas pueden llegar a conformar toda una galaxia elíptica.

Las primeras estrellas que se formaron en el universo, las llamadas como Población III, se cree que se formaron a partir de las nubes moleculares primordiales, un gas libre de metales disponibles en el Universo muy joven, en condiciones prístinas.

Los argumentos teóricos sugieren que estas estrellas se formaron 100 millones de años después del Big Bang y que eran estrellas de metalicidad muy baja o incluso independiente de metalicidad (cero estrellas de metalicidad significa que se formaron a partir de los únicos elementos que existían: hidrógeno, helio y cantidades de litio muy pequeñas).

La naturaleza de las estrellas de la población III es un tema de mucho debate. Las estrellas de población III podrían ser muy masivas y luminosas con masas más grandes que 100 veces la masa del sol. Determinar el papel que las estrellas de población III jugaron en el universo temprano es una pregunta importante.

Se ha postulado desde hace tiempo que el inicio de la época de re-ionización podría haber sido desencadenada por la primera generación de estrellas. Las estrellas de población III alteraron la dinámica del cosmos por calentamiento y los gases ionizantes que las rodeaban. Las primeras estrellas produjeron y dispersaron los primeros elementos químicos pesados, allanando el camino para la eventual formación de sistemas solares como el nuestro. También podrían constituir las semillas de los agujeros negros primordiales. El colapso de algunas de las primeras estrellas podrían haber sembrado el crecimiento de los agujeros negros supermasivos que se formaron en los corazones de las galaxias actuales.

Los agujeros negros procedentes por las semillas de estrellas de población III serían más masivos que los formados por estrellas de población II, y experimentarían una fase más larga que la fase de acreción de costumbre. Por lo tanto, la observación de las explosiones de rayos gamma de las estrellas de población III nos daría una forma de aprender algo acerca de sus progenitores tempranos del universo.

Simulaciones cosmológicas han mostrado durante mucho tiempo la existencia de una primera generación de estrellas en el universo temprano, pero si realmente vivieron entonces podríamos verlas en el universo muy lejano, pero ¿cómo? La respuesta es gracias a los largos estallidos de rayos gamma (LGRBs).

Los estallidos de rayos gamma largos (LGRBs) son los eventos transitorios más brillantes conocidos en el Universo. De acuerdo con los modelos de los GRBs suelen señalizar el nacimiento de un agujero negro. Por lo tanto la detección de tales LGRBs y estudiarlos nos podían rastrear de nuevo a las primeras estrellas.

Aproximadamente 300 LGRBs con un desplazamiento al rojo (z) se han detectado hasta la fecha, en gran medida por el satélite Swift, pero ninguno de ellos se ha producido en estas estrellas.

Una excepcionalmente alta ráfaga de energía y de duración de rayos en comparación con el resto de la población de GRB serían propiedades distintivas de los progenitores de la población III. No obstante, estos objetos han demostrado ser difíciles de alcanzar hasta ahora.

En un nuevo documento publicado la página web arXiv, un equipo de astrónomos australianos e italianos utilizó el Australia Telescope Compact Array para explorar la hipótesis de que los GRBs largos y tenues particularmente detectados por Swift podrían originarse a partir de estrellas de población III.

La formación estelar temprana podría ayudar a explicar algunas de las características desconcertantes del universo actual, pero primero tenemos que encontrarlos. A principios de este año, los astrónomos han descubierto una galaxia distante brillante que muestra evidencias de albergar a estas estrellas, pero la prueba física de su existencia había sido concluyentes. Observaciones posteriores con futuros instrumentos espaciales podrán confirmar sin ninguna duda que lo que se ha observado son o no son estrellas de población III.

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