Vislumbrar las primeras estrellas que se crearon en el universo

En esta ilustración, un disco de gas caliente se arremolina alrededor de un agujero negro. La corriente de gas que se extiende hacia la derecha es lo que queda de una estrella que fue despedazada por el agujero negro. (Imagen: NASA JPL / Caltech)

Poco después de crearse el universo con el Big Bang, empezaron a formarse las primeras estrellas, compuestas de hidrógeno y helio virtualmente puros. Las propiedades de estas estrellas de primera generación, catalogadas como «estrellas de Población III», fueron muy diferentes de las que tienen estrellas como nuestro Sol y cualquier otra de las estrellas formadas después del nacimiento de esa generación.

Esas primeras estrellas fueron esencialmente las primeras en crear los elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio. También fueron muy importantes para la formación de las generaciones posteriores de estrellas y para la formación de galaxias.

Típicamente, las primeras estrellas eran gigantescas en tamaño y en masa y con temperaturas elevadísimas, características que inevitablemente hacen que la vida de la estrella sea muy breve, de tan solo unos pocos millones de años como mucho.

Detectar estrellas de primera generación es muy difícil. Como la estrella típica de esa clase tiene una vida tan corta, ya no debe existir ninguna, y el único modo de observarlas es mirar lo más lejos posible, a tantos años-luz de distancia como años han transcurrido desde su muerte. Solo de este modo es posible ver la estrella tal como era cuando existía. Esto, sin embargo, acarrea la lógica dificultad de poder distinguir una estrella situada tan lejos, a miles de millones de años-luz.

Algunas observaciones han captado aparentes estrellas de esa clase, pero hay fuertes dudas de que sean tal cosa.

Un equipo integrado, entre otros, por Rudrani Kar Chowdhury y Janet Chang, de la Universidad de Hong Kong en China, y Priya Natarajan, de la Universidad Yale en Estados Unidos, ha dado con un nuevo método para detectar estas primeras estrellas en el universo primitivo y lejano.

Una estrella de Población III puede desgarrarse en pedazos por las fuerzas de marea si se adentra en las proximidades de un agujero negro de gran masa, como los que suele haber en el núcleo de las galaxias. Cuando ocurre esa catástrofe, conocida como «evento de disrupción de marea», el agujero negro despedaza la estrella y se da un festín con sus restos, produciéndose en el proceso fogonazos muy luminosos. Los autores del nuevo estudio investigaron el complejo proceso físico implicado y han demostrado que la luz de estos fogonazos puede mantenerse lo bastante brillante a través de miles de millones de años luz, hasta llegar a nuestros días. Además, estos fogonazos causados por eventos de disrupción de marea del pasado lejano presenten características que permiten identificarlos como tales, lo cual a su vez posibilita la identificación de estrellas de Población III y permite conocer mejor sus propiedades.

Como los fotones viajan desde una distancia muy lejana, la escala temporal del fogonazo se estirará debido a la expansión del universo. Estos fogonazos por evento de disrupción de marea se manifestarán durante un periodo de tiempo muy largo, lo que los diferencia de los eventos de disrupción de marea de estrellas similares al Sol en nuestro vecindario cósmico.

No solo se estira la escala temporal de esos fogonazos arcaicos, sino que también lo hace su longitud de onda. La luz visible y la ultravioleta emitidas por el evento de disrupción de marea llega a la Tierra transformada en luz infrarroja.

Afortunadamente, el telescopio espacial James Webb (JWST) y, sobre todo, el futuro telescopio espacial Nancy Grace Roman, tienen la capacidad de observar dichas emisiones infrarrojas desde grandes distancias.

En particular, las capacidades únicas del telescopio Roman de poder observar simultáneamente una gran área del cielo y asomarse a las profundidades del universo temprano lo convierten en una sonda prometedora para detectar estos fogonazos causados por eventos de disrupción de marea, lo que a su vez serviría como detección indirecta de estrellas de Población III. Se estima que el Roman detectará cada año varias decenas de estos eventos si se sigue la estrategia de observación adecuada.

El estudio se titula «Detecting Population III Stars through Tidal Disruption Events in the Era of JWST and Roman». Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)

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