Arqueología galáctica

Nadie ha encontrado aún las primeras estrellas. Se tiene la hipótesis de que se formaron unos 100 millones de años después del Big Bang, a partir de gases primordiales de hidrógeno, helio y trazas de metales ligeros. Estos gases se enfriaron, colapsaron y se convirtieron en estrellas hasta 1.000 veces más masivas que nuestro Sol. Cuanto más grande es la estrella, más rápido se agota. Las primeras estrellas probablemente solo vivieron unos pocos millones de años, una gota en el cubo de la edad del universo, que alcanza unos 13.800 millones de años. Es improbable que sean observadas alguna vez, perdidas en la niebla del tiempo.

Al colapsar las primeras estrellas sin metales y explotar en forma de supernovas, forjaron elementos más pesados como el carbono que sembró la siguiente generación de estrellas. Un tipo de estas estrellas de segunda generación se llama estrella pobre en metal con carbono. Son como fósiles para los astrofísicos. Su composición refleja la nucleosíntesis, o fusión, de elementos más pesados de las primeras estrellas.

"Podemos obtener resultados de mediciones indirectas para obtener la distribución de masa de estrellas sin metales a partir de las abundancias elementales de las estrellas pobres en metales", dijo Gen Chiaki, investigador postdoctoral del Centro de Astrofísica Relativista de la Escuela de Física de Georgia Tech.

Chiaki es el autor principal de un estudio publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. El estudio modeló por primera vez supernovas débiles de las primeras estrellas sin metales, que produjeron patrones de abundancia de carbono a través de la mezcla y la caída de los trozos eyectados.

Un estudio de física computacional modeló por primera vez supernovas débiles de estrellas de primera generación sin metales, dando lugar a patrones de abundancia de carbono para la formación de estrellas. (Foto: Chiaki, et al.)

Sus simulaciones también mostraron los granos carbonáceos que sembraron la fragmentación de la nube de gas producida, lo que llevó a la formación de estrellas de baja masa y muy pobres en metales, las cuales pueden haber sobrevivido hasta el día de hoy y posiblemente se encuentren en las futuras observaciones.

"Encontramos que estas estrellas tienen un contenido de hierro muy bajo en comparación con las estrellas de carbono observadas, con mil millonésimas de la abundancia solar de hierro. Sin embargo, podemos ver la fragmentación de las nubes de gas. Esto indica que las estrellas de baja masa se forman en un régimen de baja abundancia de hierro. Tales estrellas nunca han sido observadas todavía. Nuestro estudio nos da una visión teórica de la formación de las primeras estrellas", dijo Chiaki.

Las investigaciones de Chiaki forman parte de un campo llamado "arqueología galáctica". Lo comparan con la búsqueda de artefactos bajo tierra que hablan del carácter de sociedades desaparecidas hace mucho tiempo. Para los astrofísicos, el carácter de las estrellas desaparecidas hace mucho tiempo puede ser revelado a partir de sus restos fosilizados.

"No podemos ver las primeras generaciones de estrellas", dijo el coautor del estudio John Wise, profesor asociado también del Centro de Astrofísica Relativista de la Escuela de Física de Georgia Tech. "Por lo tanto, es importante mirar a estos fósiles vivos del universo temprano, porque tienen las huellas de las primeras estrellas por todas partes a través de los productos químicos que se produjeron en las supernovas de las primeras estrellas".

"Estas viejas estrellas tienen algunas huellas de la nucleosíntesis de las estrellas sin metales. Es un indicio para que busquemos el mecanismo de nucleosíntesis que ocurría en el universo temprano", dijo Chiaki.

Según Chiaki, los próximos pasos en la investigación son ir más allá de las características de carbono de las estrellas antiguas. "Queremos ampliar nuestro interés a los otros tipos de estrellas y a los elementos generales con simulaciones más grandes", dijo. "El objetivo de este estudio es conocer el origen de los elementos, como el carbono, el oxígeno y el calcio. Estos elementos se concentran a través de los ciclos repetitivos de materia entre el medio interestelar y las estrellas. Nuestros cuerpos y nuestro planeta están hechos de carbono y oxígeno, nitrógeno y calcio. Nuestro estudio es muy importante para ayudar a entender el origen de estos elementos de los que estamos hechos los seres humanos". (Fuente: NCYT Amazings)