Por qué el universo temprano se veía tan extraño
Cuando los astrónomos observan a través de miles de millones de años luz, están mirando hacia atrás en el tiempo, y lo que ven no coincide con las ordenadas galaxias espirales y elípticas que pueblan nuestro vecindario cósmico. Las galaxias del universo temprano, y las estrellas que ardían en su interior, parecen notablemente más extrañas, y los investigadores llevan mucho tiempo queriendo saber por qué. Un equipo de la Universidad de Utah ataca esa pregunta desde un ángulo inusual: en lugar de centrarse únicamente en los objetos más débiles y distantes que Hubble puede detectar, estudian estrellas cercanas que funcionan como sustitutos de las antiguas.
Las primeras estrellas del cosmos comenzaron a formarse aproximadamente 100 millones de años después del Big Bang. Vivieron rápido, murieron jóvenes y dispersaron los elementos que fabricaron de vuelta al espacio, donde ese material fue reciclado en generaciones posteriores de estrellas. En el camino, remodelaron las galaxias que las albergaban, un proceso de retroalimentación que los astrónomos aún intentan modelar en detalle.
Un atajo cercano hacia el pasado distante
Dirigido por Grace Telford, profesora asistente de física y astrónoma de la Universidad de Utah, el equipo llevó a cabo un estudio llamado Treasury of Extremely Metal-Poor O Stars, o TEMPOS. En lugar de intentar capturar la débil luz de estrellas que brillaron hace más de 13.000 millones de años, el estudio examinó estrellas en galaxias relativamente cercanas que comparten características físicas importantes con sus contrapartes antiguas.
Las observaciones dependieron de la luz ultravioleta que emana de esas estrellas, detectada con el Cosmic Origins Spectrograph a bordo del Telescopio Espacial Hubble. La radiación ultravioleta ofrece una ventana crucial hacia las estrellas más calientes y masivas, y la mayor parte está bloqueada por la atmósfera terrestre, que es precisamente por lo que el punto de observación del Hubble por encima de la atmósfera importa tanto para este tipo de trabajo.
Leer las huellas dactilares de estrellas antiguas
En astronomía, llamar a una estrella pobre en metales no significa que carezca de hierro o níquel en el sentido cotidiano. Significa que la estrella contiene solo cantidades traza de cualquier elemento más pesado que el helio. El universo infantil estaba compuesto casi enteramente de hidrógeno y helio, por lo que las primeras estrellas prácticamente no tenían elementos más pesados con los que trabajar. Al localizar estrellas locales con un contenido metálico igualmente bajo, el equipo de Telford está ensamblando un conjunto de datos que permite estudiar de cerca la física de esas condiciones, algo que es imposible de hacer directamente para objetos situados en el borde del universo observable.
La influencia descomunal de las estrellas masivas
Las estrellas objetivo de TEMPOS son masivas, y esa característica importa enormemente para cómo evolucionan las galaxias. Telford explica que estrellas como estas arden extremadamente calientes y brillantes, consumen su combustible a toda velocidad y terminan sus breves vidas como explosiones de supernova que depositan una gran cantidad de energía y material en el gas que las rodea. A través de ese proceso, calientan el gas circundante y regulan cuánto de él permanece lo suficientemente frío como para colapsar y formar nuevas estrellas, gobernando efectivamente la trayectoria evolutiva de sus galaxias anfitrionas.
Ese papel regulador es una razón por la que el universo temprano se veía tan diferente del que habitamos. Cuando las estrellas masivas son comunes, pueden suprimir o desencadenar la formación estelar en oleadas sucesivas, dejando galaxias con formas, colores y poblaciones estelares inusuales. Comprender cómo se comportaron las primeras generaciones de estrellas se traduce, por lo tanto, directamente en comprender cómo se ensamblaron las primeras galaxias.
De gigantes de tipo O a vientos Wolf-Rayet
Las estrellas de tipo O se encuentran entre las más grandes y brillantes del universo, y viven vidas cortas según los estándares estelares. Algunas de ellas, al acercarse al final de su existencia, se convierten en estrellas Wolf-Rayet, que arrojan enormes cantidades de masa al espacio mediante poderosos vientos estelares. Esos vientos despojan a las estrellas de sus capas externas y exponen sus calientes regiones internas. Las observaciones de sistemas Wolf-Rayet, incluidos pares binarios, ayudan a los astrónomos a comprender la intensa pérdida de masa que da forma a los capítulos finales de las estrellas masivas y el enriquecimiento químico que dejan atrás.
La larga mirada de Hubble hacia atrás en el tiempo
Mirar lo más atrás posible en el tiempo cósmico ha sido una misión central para el Telescopio Espacial Hubble desde su primer estudio de campo profundo en 1995. Incluso en esas primeras imágenes, las pequeñas y distantes galaxias parecían extrañas, sin coincidir del todo con las galaxias que vemos más cerca de casa. Esa discrepancia planteó una pregunta del tipo huevo y gallina que aún impulsa la investigación: ¿se formaron primero las estrellas o las galaxias?
La evidencia apunta a que las estrellas llegaron primero. Las primeras estrellas probablemente eran monstruos, forjadas a partir de los vastos reservorios de hidrógeno disponibles en el cosmos infantil, y eran más de diez veces más masivas que el Sol. Su tamaño y luminosidad colosales significaban que vivían furiosamente y morían rápidamente, sembrando el cosmos con elementos más pesados y preparando el escenario para las galaxias que siguieron. Las estrellas de Población III, como se conoce a esta primera generación, se formaron unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang y son efectivamente invisibles hoy porque desaparecieron hace tanto tiempo.
Por qué esto importa para la evolución de las galaxias
Al identificar estrellas O locales pobres en metales y estudiar sus espectros ultravioleta, el equipo de TEMPOS está ensamblando algo así como una biblioteca de referencia, un conjunto de objetos cercanos cuyo comportamiento medido puede informar los modelos de la primera generación estelar. Los modelos construidos a partir de estrellas análogas dan a los astrónomos una forma de razonar sobre estrellas que nunca podrán observar directamente.
- Mejores modelos de estrellas de Población III: las estrellas O cercanas pobres en metales proporcionan puntos de referencia medibles para masa, temperatura y tasas de pérdida de masa que pueden escalarse a la primera generación estelar.
- Imagen más clara del ensamblaje de galaxias: debido a que las estrellas masivas regulan el gas disponible para la formación estelar, su comportamiento determina cuándo y dónde las galaxias construyen nuevas estrellas.
- Mejor interpretación de observaciones distantes: cuando Hubble y sus sucesores capturan la luz de galaxias lejanas, los modelos informados por TEMPOS ayudan a explicar lo que se está viendo.
- Un puente a través del tiempo cósmico: el estudio vincula estrellas que pueden estudiarse hoy con gran detalle con las estrellas inalcanzables que dieron forma a las primeras galaxias del universo.
El camino por delante
El conjunto de datos de TEMPOS se está utilizando para identificar estrellas dignas de un estudio astrofísico más profundo, y cada nuevo objetivo añade detalle a una imagen cada vez más matizada de cómo se comportan las estrellas masivas y pobres en metales. El trabajo no solo satisface la curiosidad sobre el pasado distante; también afina las herramientas teóricas que los astrónomos utilizan para interpretar cada nueva imagen de campo profundo, desde los archivos de Hubble hasta futuros observatorios.
El universo temprano sigue siendo un lugar extraño en nuestra imaginación, un cosmos de estrellas enormes y efímeras cuyas explosiones iluminaron galaxias jóvenes y enriquecieron el gas a su alrededor. Telford y sus colegas trabajan para hacer legible esa extrañeza, estrella por estrella, utilizando los análogos más cercanos disponibles para reconstruir un capítulo de la historia cósmica que terminó mucho antes de que la Vía Láctea tomara forma.
Este artículo se basa en reportajes de Universe Today. Lea el artículo original.
Originally published on universetoday.com
