Descubren restos de las primeras estrellas que existieron en el universo

Se ha conseguido detectar, por vez primera, las huellas dejadas por la explosión de algunas de las primeras estrellas que se formaron en el universo.

Utilizando el conjunto de telescopios VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), un equipo de investigadoras e investigadores, ha detectado tres nubes de gas distantes cuya composición química coincide con lo que cabe esperar de las primeras explosiones estelares. Estos hallazgos ayudan a conocer un poco más acerca de la naturaleza de las primeras estrellas que se formaron después del Big Bang, la “explosión” colosal con la que nació el universo.

«Por primera vez, hemos podido identificar los rastros químicos de las explosiones de las primeras estrellas en nubes de gas muy distantes», afirma Andrea Saccardi, estudiante de doctorado en el Observatorio de París (PSL) de Francia, quien dirigió este estudio durante su tesis de máster en la Universidad de Florencia en Italia.

La comunidad investigadora cree que las primeras estrellas que se formaron en el universo eran muy diferentes a las que vemos hoy. Cuando aparecieron, hace unos 13.500 millones de años, contenían solo hidrógeno y helio, los elementos químicos más simples de la naturaleza. Minutos después del Big Bang, los únicos elementos presentes en el universo eran los tres más ligeros: hidrógeno, helio y trazas muy pequeñas de litio. Los elementos más pesados se formaron mucho más tarde, en las estrellas.

Estas estrellas primigenias, que se cree que eran decenas o cientos de veces más masivas que nuestro Sol, murieron rápidamente a través de potentes explosiones conocidas como supernovas, enriqueciendo por primera vez el gas circundante con elementos químicos más pesados. Las generaciones posteriores de estrellas nacieron de ese gas enriquecido y, a su vez, expulsaron elementos más pesados a medida que también morían.

Pero las primeras estrellas ya no están, entonces, ¿cómo puede la comunidad científica saber más sobre ellas? «Las estrellas primordiales pueden estudiarse indirectamente detectando los elementos químicos que dispersaron en su entorno después de su muerte», argumenta Stefania Salvadori, profesora asociada de la Universidad de Florencia y coautora del estudio.

Utilizando datos recolectados con el VLT del ESO, en Chile, el equipo encontró tres nubes de gas muy distantes, vistas cuando el universo tenía solo entre el 10 y el 15 por ciento de su edad actual, y con una huella química que coincide con lo que cabe esperar de las explosiones de las primeras estrellas. Dependiendo de la masa de esas primeras estrellas y de la energía de sus explosiones, aquellas primeras supernovas liberaron diferentes elementos químicos como carbono, oxígeno y magnesio, que están presentes en las capas externas de las estrellas. Pero algunas de estas explosiones no fueron lo suficientemente energéticas como para expulsar elementos más pesados como el hierro, que se encuentra solo en los núcleos de las estrellas. Para buscar el signo revelador de estas primeras estrellas que explotaron como supernovas de baja energía, el equipo buscó nubes de gas distantes pobres en hierro, pero ricas en otros elementos. Y encontraron precisamente eso, tres nubes lejanas en el universo temprano con muy poco hierro pero mucho carbono y otros elementos: la huella dactilar de las explosiones de las primeras estrellas.

Esta peculiar composición química también se ha observado en muchas estrellas viejas de nuestra propia galaxia, que los investigadores consideran estrellas de segunda generación que se formaron directamente a partir de las «cenizas» de las primeras. Este nuevo estudio ha encontrado estas cenizas en el universo temprano, agregando así una pieza que faltaba en este rompecabezas. «Nuestro descubrimiento abre nuevas vías para estudiar indirectamente la naturaleza de las primeras estrellas, complementando del todo los estudios de estrellas en nuestra galaxia», explica Salvadori.

Esta recreación artística muestra una nube de gas distante que contiene diferentes elementos químicos, ilustrados aquí con representaciones esquemáticas de varios átomos. En el nuevo estudio se ha logrado detectar tres nubes de gas distantes cuya composición química coincide con lo que cabe esperar de las explosiones de las primeras estrellas que aparecieron en el universo. Las tres nubes de gas son ricas en carbono, oxígeno y magnesio, pero pobres en hierro. Esta es exactamente la firma que se espera de las explosiones de las primeras estrellas. (Imagen: ESO / L. Calçada, M. Kornmesser)

Para detectar y estudiar estas nubes de gas distantes, el equipo utilizó balizas de luz conocidas como cuásares, fuentes muy brillantes alimentadas por agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias lejanas. A medida que la luz de un cuásar viaja a través del universo, pasa a través de nubes de gas donde diferentes elementos químicos dejan una huella en la luz.

Para encontrar estas huellas químicas, el equipo analizó datos sobre varios cuásares observados con el instrumento X-shooter en el VLT del ESO. El X-shooter divide la luz en una gama extremadamente amplia de longitudes de onda o colores, lo que lo convierte en un instrumento único con el que identificar muchos elementos químicos diferentes en estas nubes distantes.

Este estudio abre nuevas ventanas para telescopios e instrumentos de próxima generación, como el próximo ELT (Extremely Large Telescope) del ESO y su espectrógrafo Echelle de alta resolución ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). «Con ANDES en el ELT podremos estudiar muchas de estas raras nubes de gas con mayor detalle, y finalmente podremos descubrir la misteriosa naturaleza de las primeras estrellas», concluye Valentina D’Odorico, investigadora del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia y coautora del estudio.

El estudio se titula “Evidence of first stars-enriched gas in high-redshift absorbers”. Y se ha publicado en la revista académica Astrophysical Journal. (Fuente: ESO. CC BY 4.0)