La Mejor Evidencia Observable de la Primera Generación de Estrellas y las más lejanas del Universo
Vey Extremely Large Telescope de ESO, un equipo de astrónomos ha descubierto la galaxia más brillante encontrada hasta ahora en el universo temprano, hallando además evidencias de que, acechando en su interior, hay ejemplares de la primera generación de estrellas. Estos objetos masivos, brillantes y puramente teóricos hasta ahora, fueron los creadores de los primeros elementos pesados de la historia, los elementos necesarios para forjar las estrellas que nos rodean hoy en día, de los planetas que las orbitan y de la vida tal y como la conocemos. La galaxia recién descubierta, apodada CR7, es tres veces más brillante que la galaxia distante más brillante conocida hasta ahora.
El apodo de CR7 es la abreviatura de COSMOS Redshift 7, una medida de su ubicación en términos de tiempo cósmico. Fue inspirado por el gran futbolista portugués, Cristiano Ronaldo, conocido como CR7.
Los astrofísicos han teorizado durante mucho tiempo sobre la existencia de una primera generación de estrellas —conocida como estrellas de población III— que nacieron del material primordial del Big Bang. En otras palabras, las estrellas de población III estaban “libres de metales”, es decir, no contenían elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. El nombre de población III surgió porque los astrónomos ya habían clasificado a las estrellas de la Vía Láctea como población I (estrellas como el Sol, ricas en elementos más pesados, o metales, que dominan el disco de la Galaxia) y población II (estrellas más viejas, con muy pocos metales y ubicadas en el halo y el bulbo de la Vía Láctea y en cúmulos globulares de estrellas).
El Sol es el objeto más grande del Sistema solar, y su masa alcanza más del 99% del sistema. Sin embargo, si lo comparamos con otras estrellas… ¡Resulta una estrella enana!
Debido a su composición primordial, las estrellas de población III habrían sido enormes (varios cientos o incluso mil veces más masivas que el Sol), muy calientes, grandes emisoras de radiación ionizante y habrían acabado explotando como supernovas después de tan solo unos dos millones de años. Estas estrellas son de enorme importancia cosmológica: son los principales candidatos para explicar la reionización del universo (época que tuvo lugar aproximadamente ochocientos millones de años después del Big Bang y durante la que las primeras estrellas y galaxias se hicieron visibles) y la producción de los primeros metales que enriquecieron químicamente generaciones estelares posteriores y el universo como un todo.
Simulación por ordenador de la formación de dos regiones de alta densidad, dos estrellas, unos 200 millones de años después del Big Bang. Fuente: R. Kaehler, M. Turk y T. Abel (SLAC).
A las primeras galaxias que albergarían estas estrellas se les llama galaxias de población III. Los modelos teóricos predicen que los cúmulos de estrellas de población III podrían tener entre uno y cien pársecs de diámetro, mientras que las nebulosas de gas ionizado por estos cúmulos podrían llegar a tener un tamaño de aproximadamente mil pársecs. A pesar de su sólido fundamento teórico, la existencia de estas estrellas aún no ha sido confirmada observacionalmente en ninguna galaxia. La búsqueda de la prueba física directa de la existencia de las primeras estrellas y galaxias no ha dado resultados contundentes hasta ahora. Encontrar estas estrellas es muy difícil: debieron tener una vida extremadamente breve y brillaron en un tiempo en el que el universo era en gran parte opaco a su luz. Sin embargo, debido a las altas temperaturas de las estrellas de población III predichas por los modelos, el gas ionizado por estas estrellas debe tener firmas espectrales tales como fuertes líneas de emisión de helio: la ionización total del helio requiere la presencia de objetos que emitan una radiación lo suficientemente intensa como para arrancar los dos electrones de sus átomos. Por ello, los astrónomos consideramos la línea de helio II un excelente rastreador de estrellas de población III y, en consecuencia, la utilizamos como un indicador (indirecto) de su existencia.
Impresionante imagen de una estrella recién nacida que lanza chorros gigantes – James Webb
Los astrónomos han teorizado durante mucho tiempo sobre la existencia de una primera generación de estrellas — conocida por los astrónomos como estrellas de población III — que nacieron del material primordial del Big Bang. Todos los elementos químicos más pesados (como oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro, que son esenciales para la vida) se forjaron en el interior de las estrellas. Esto significa que las primeras estrellas debieron haberse formado a partir de los únicos elementos que existían antes de las estrellas: hidrógeno, helio y trazas de litio.
Estas estrellas de población III habrían sido enormes (varios cientos o incluso mil veces más masivas que el Sol — ardientes y efímeras —) y habrían acabado explotando como supernovas después de tan solo unos dos millones años. Pero hasta ahora la búsqueda de la prueba física de su existencia no había encontrado ninguna evidencia clara.
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| Impresión artística de CR7: la galaxia más brillante del universo temprano. Image Credit: ESO |
Un equipo dirigido por David Sobral, del Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, la Universidad de Lisboa (Portugal) y el Observatorio de Leiden (Países Bajos), ha utilizado el Very Large Telescope (VLT de ESO) para mirar hacia el universo antiguo, hacia un periodo conocido como reionización que tuvo lugar aproximadamente 800 millones de años después del Big Bang. En lugar de llevar a cabo un estudio profundo y limitado de un área pequeña del cielo, ampliaron su alcance para producir el sondeo más amplio de galaxias muy lejanas jamás elaborado.
El Very Large Telescope Project (VLT, literalmente Telescopio Muy Grande) es un sistema de cuatro telescopios ópticos separados, rodeados por varios instrumentos menores. Cada uno de los cuatro instrumentos principales es un telescopio reflector con un espejo de 8.2 metros.
Este amplio estudio se hizo utilizando el VLT con ayuda del Observatorio W. M. Keck y del telescopio Subaru, así como del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. El equipo descubrió — y confirmó — una serie de galaxias muy jóvenes asombrosamente brillantes. Una de ellas, bautizada como CR7, era un objeto excepcionalmente raro, sin duda la galaxia más brillante nunca observada en esa etapa en el universo. Con el descubrimiento de CR7 y de otras galaxias brillantes, el estudio ya suponía un éxito, pero una nueva revisión proporcionó más noticias emocionantes.
El VLT se encuentra en el Observatorio OParanal sobre el centro Paranal en la ciudad de Taltal, una montaña de 2.635 metros localizada en el desierto de Atacama, al norte de Chile.
Los instrumentos X-shooter y SINFONI, instalados en el VLT, descubrieron en CR7 una potente emisión de helio ionizado pero — crucial y sorprendentemente — ninguna señal de elementos más pesados en una brillante zona de la galaxia. Esto significó que el equipo había descubierto la primera evidencia válida de la existencia de cúmulos de estrellas de población III que habían ionizado el gas dentro de una galaxia en el universo temprano.
“El descubrimiento desafiaba nuestras expectativas desde el principio”, afirma David Sobral, “ya que no esperábamos encontrar una galaxia tan brillante. Entonces, al descubrir la naturaleza de CR7 paso a paso, comprendimos que no sólo habíamos descubierto la galaxia lejana más luminosa, sino que también nos dimos cuenta de que cumplía todas y cada una de las características esperadas de estrellas de población III. Esas estrellas fueron las que formaron los primeros átomos pesados que, en última instancia, nos ha permitido estar aquí. Realmente no hay nada más emocionante que esto”.
Dentro de CR7 se encontraron cúmulos de estrellas más azules y un poco más rojas, indicando que la formación de estrellas de población III había tenido lugar por oleadas, tal y como se había predicho. Lo que el equipo observó de forma directa fue la última oleada de estrellas de población III, sugiriendo que tales estrellas deben ser más fáciles de encontrar de lo que se pensaba previamente: residen entre estrellas normales, en las galaxias más brillantes, no sólo en las galaxias más tempranas, más pequeñas y más tenues, que son tan débiles que son extremadamente difíciles de estudiar.
Jorryt Matthee, segundo autor del artículo, concluyó: “siempre me he preguntado de dónde venimos. Incluso siendo niño quería saber de dónde provienen los elementos: el calcio de mis huesos, el carbono de mis músculos, el hierro de mi sangre. Descubrí que estos se formaron primero en los inicios del universo, por la primera generación de estrellas. Con este notable descubrimiento estamos empezando a ver estos objetos por primera vez”.
Está previsto llevar a cabo observaciones con el VLT, ALMA y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA para confirmar, más allá de toda duda, que lo que se ha observado son estrellas de población III y buscar e identificar otros ejemplos.
Bueno, Cristiano me cae bien, es un luchador y, lo que tiene, nadie se lo regaló. Sin embargo, de ahí a tener el honor de que una galaxia lleve su nombre… ¡No hizo mérito para tanto! dejemos que lo valoren en su ámbito profesional.
Emilio Silvera V.
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