Cuando pensamos en la formación de todo el Universo, una de las preguntas más importantes se refiere al nacimiento de las primeras estrellas. Se cree que las estrellas comenzaron a aparecer en los primeros 100 millones de años después de la Big Bang, y hemos visto algunos estrellas realmente viejas
Pero una nube de gas en el Universo distante nos ha dado una gran pista. Está muy lejos, la luz de esta nube ha tardado casi 13 mil millones de años en llegar, lo que significa que estamos viendo la nube como era cuando el Universo tenía aproximadamente 850 millones de años, un mero destello de su vida útil actual.
Esa nube se parece bastante a las nubes de gas más jóvenes llenas de elementos que se forjaron en estrellas y se arrojaron al espacio en una serie de explosiones cuando esas estrellas murieron. Esto indica que habría habido estrellas alrededor que ya habían vivido y muerto hace 13 mil millones de años.
No solo una generación, tampoco. Según las abundancias químicas en esta antigua nube de gas, al menos dos generaciones de estrellas tuvieron que formarse, vivir y morir para producir la firma química que estamos viendo.
Es una verdadera trampa para nuestros modelos de formación estelar, y fue descubierta por accidente.
El astrónomo Eduardo Bañados, del Instituto Max Planck de Astronomía, y sus colegas observaban cuásares distantes, galaxias con núcleos o núcleos activos extremadamente brillantes. Cuando el equipo notó algo extraño sobre la luz de un cuásar llamado P183 + 05, a unos 13 mil millones de años luz de distancia, decidieron mirar más de cerca.
No pasó mucho tiempo antes de que se dieran cuenta de que las firmas extrañas en la luz provenían de una nube de gas y polvo cerca del cuásar, a través de la cual se filtraba parte de la luz del cuásar, amortiguando algunas de las longitudes de onda.
(Instituto Max Planck de Astronomía)
Debido a que las diferentes longitudes de onda de la luz están bloqueadas por diferentes elementos, esto también proporcionó pistas sobre la composición de la nube.
"Después de que nos convencimos de que estábamos viendo un gas tan prístino solo 850 millones de años después del Big Bang". dijo el astrónomo Michael Rauch de la Carnegie Institution of Science, "comenzamos a preguntarnos si este sistema aún podría retener firmas químicas producidas por la primera generación de estrellas".
En el Universo temprano, no había mucha variedad. Justo después del Big Bang, el Universo estaba principalmente lleno de hidrógeno y helio. No fue hasta que aparecieron las primeras estrellas que comenzaron a proliferar más elementos.
En sus núcleos, las estrellas fusionaron hidrógeno en helio, luego helio en carbono, y así sucesivamente, con las estrellas más masivas capaces de fusionar núcleos hasta el hierro. Cuando tales estrellas llegan al final de sus vidas y se convierten en supernovas, las condiciones extremas de estas explosiones pueden, a su vez, crear elementos más pesados
Estos se incorporan a las nuevas generaciones de estrellas, por lo tanto, cuantos más metales haya en una estrella, es probable que su generación sea más joven. Y esas firmas también se pueden usar para determinar la edad del gas entre las estrellas: el medio interestelar.
Lo que nos lleva de vuelta a esa nube de gas súper antigua. Algo de un santo grial en cosmología es encontrar las huellas químicas de la primera generación de estrellas, conocida como Población III. El equipo pensó que su nube de gas podría tenerlos.
Entonces, analizaron la metalicidad y la abundancia química relativa en la nube, basándose en espectros separados de la luz del cuásar.
Como se esperaba, la nube tenía baja metalicidad, consistente con su edad. Pero las abundancias químicas relativas no tenían evidencia de ser enriquecidas por estrellas de la Población III. Más bien, eran sorprendentemente similares a los de las nubes de gas mucho más jóvenes enriquecidas por Supernovas tipo Ia.
Lo que eso significa es que otra generación de estrellas separa la nube de las estrellas de la Población III, y, dado que las supernovas Tipo Ia generalmente toman alrededor de mil millones de años … bueno. Tenemos una discrepancia
Eso pone una curiosa restricción en los ciclos de vida de las primeras estrellas, que será un rompecabezas interesante para resolver. Pero hay otra evidencia que sugiere que el Universo temprano es un lugar bastante precoz, como un un montón de agujeros negros supermasivos que no creemos que podría haberse formado tan rápido.
Si este hallazgo se confirma, tal vez sea hora de darle una nueva oportunidad a los modelos cosmológicos.
Mientras tanto, el equipo continúa buscando pistas.
"Es emocionante que podamos medir la metalicidad y la abundancia química tan temprano en la historia del Universo, pero si queremos identificar las firmas de las primeras estrellas tenemos que sondear incluso antes en la historia cósmica". Dijo Bañados.
"Soy optimista de que encontraremos nubes de gas aún más distantes, lo que podría ayudarnos a comprender cómo nacieron las primeras estrellas".
La investigación se publicará en El diario astrofísicoy está disponible en arXiv.