Los astrónomos ven pruebas tentadoras de una de las primeras estrellas en formarse en el universo

Según el modelo cosmológico predominante, las primeras estrellas del Universo se formaron aproximadamente 100.000 años después del Big Bang. Conocidas como estrellas de Población III, estas primeras masas estelares eran muy grandes, de corta duración y prácticamente no contenían metales ni elementos más pesados. Con el tiempo, elementos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el hierro se formaron en su interior a través de la nucleosíntesis. Cuando estas estrellas llegaron al final de su vida útil, explotaron en una supernova muchas veces mayor que cualquier cosa que vemos hoy (una «supersupernova»), lo que provocó que estos elementos se dispersaran por todo el cosmos.

Durante décadas, los astrónomos han intentado encontrar evidencia de estas primeras estrellas, pero todos los intentos hasta la fecha han fallado. Pero gracias a un estudio reciente, un equipo dirigido por la Universidad de Tokio cree que finalmente pudo haber detectado los primeros rastros de una de las primeras estrellas del Universo . Mientras analizaba los datos obtenidos previamente por el telescopio Gemini North del cuásar más distante jamás observado, el equipo notó una enorme nube de material a su alrededor. Según su análisis, creen que el material provino de una estrella de primera generación después de que se convirtió en «supersupernova».

El estudio, que apareció recientemente en The Astrophysical Journal , fue dirigido por Yuzuru Yoshii , profesor laureado de astronomía en la Universidad de Tokio y el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. A él se unieron investigadores del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), el Centro de Investigación del Universo Temprano de la Universidad de Tokio (RESCEU), el Centro JINA para la Evolución de los Elementos (JINA-CEE) en la Universidad de Notre Dame, y Observatorio Mount Stromlo de la Universidad Nacional de Australia.

_{Se cree que las estrellas de la población III se formaron unos 100.000 años después del Big Bang. Crédito: ESA/Hubble, M. Kornmesser.}

Como indican en su estudio, el equipo cree que la explicación más probable de lo que observaron es que el material son los restos de una estrella de primera generación que explotó como una supernova de inestabilidad de pares (también conocida como «supersupernova»). Esto sucede cuando los fotones en el centro de una estrella se convierten espontáneamente en electrones y positrones, la contraparte de antimateria del electrón, lo que reduce la presión de radiación dentro de la estrella y hace que colapse. Al igual que las estrellas de la Población I y II colapsan después de agotar su hidrógeno y helio, este proceso provocó que las estrellas de la Población III se convirtieran en supernovas.

Si bien nunca se ha presenciado un evento de este tipo, se teoriza que ocurren cuando las estrellas gigantes (entre 150 y 250 masas solares) llegan al final de sus vidas. A diferencia de otras supernovas, una supernova de inestabilidad de pares no deja restos estelares y expulsa toda la materia de la estrella a su entorno. Además, los astrónomos teorizan que este material contendría más de diez veces más hierro que magnesio en comparación con la proporción de estos elementos en nuestro Sol. Debido a sus características peculiares, solo hay dos formas de encontrar evidencia de estrellas de Población III.

Primero, los astrónomos pueden intentar observar una supernova con inestabilidad de pares a medida que ocurre, cuyas probabilidades son muy escasas. En segundo lugar, pueden intentar detectar el material que estas estrellas expulsan al espacio interestelar identificando su firma química. En este caso, Yuzuru y sus colegas se basaron en este último método, que consistió en consultar observaciones previas realizadas con el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS) en el telescopio Gemini North de 8,1 metros.

Este telescopio es uno de los dos (ubicados en los hemisferios norte y sur) que componen el Observatorio Internacional Gemini , operado por el Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica e Infrarroja (NOIRLab). Para identificar las cantidades de cada elemento presente, el equipo empleó un método analítico desarrollado por Yuzuru y el coautor Hiroaki Sameshima , investigador asociado del proyecto en la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Tokio. Este método consiste en medir la intensidad de las longitudes de onda en el espectro del cuásar, de donde se extrae el espectro químico del material.

_{Observatorio Gemini Norte, ubicado en la cima de Maunakea, Hawái. Crédito: Observatorio Gemini/AURA}

A partir de su análisis, Yuzuru y sus colegas notaron que el material expulsado contenía más de diez veces más hierro que magnesio en comparación con la proporción de estos elementos que se encuentran en nuestro Sol. Como explicó Yuzuru en un comunicado de prensa de NOIRLab:

“Era obvio para mí que el candidato a supernova para esto sería una supernova de inestabilidad de pares de una estrella de Población III, en la que toda la estrella explota sin dejar ningún remanente atrás . Me encantó y algo me sorprendió descubrir que una supernova de inestabilidad de pares de una estrella con una masa de unas 300 veces la del Sol proporciona una proporción de magnesio a hierro que concuerda con el valor bajo que obtuvimos para el cuásar. “

Se han realizado búsquedas similares en el pasado, donde los astrónomos buscaron evidencia química de estrellas de Población III en la Vía Láctea. Y aunque se hizo una identificación tentativa en 2014 , Yuzuru y su colega creen que estos nuevos resultados son la indicación más clara de una supernova de inestabilidad de pares hasta la fecha. Si se confirman sus hallazgos, proporcionará una nueva visión de cómo ha evolucionado nuestro Universo desde que se formaron las primeras estrellas y galaxias. Mientras tanto, se necesitan más observaciones para ver si hay otros objetos que tengan características similares.

La evidencia de estas estrellas también se puede encontrar dentro de la Vía Láctea, donde se pueden encontrar eyecciones de estrellas primordiales entre los objetos de nuestro Universo local. Con este último estudio, los astrónomos ahora tienen un camino potencial para identificar las firmas químicas de las estrellas que desempeñaron un papel vital en la evolución del cosmos, dieron origen a los primeros planetas e incluso a la vida misma.