Hallado el rastro de las primeras estrellas
El alba cósmica puso fin a 250 millones de años de oscuridad
El universo dejó atrás la edad oscura y dio a luz a sus primeras estrellas cuando tenía 250 millones de años, menos de un 2% de su edad actual, según un equipo científico internacional que ha estudiado una de las galaxias más lejanas y antiguas que se conocen.
Ningún astro se había encendido aún hasta ese momento. Una niebla de átomos de hidrógeno y helio creados en el big bang llenaba el espacio sin emitir luz. Hubo que esperar a que los átomos se agruparan atraídos por su propia gravedad, congregándose primero en pequeños grumos y después en grandes esferas, para que se alcanzaran condiciones de presión y temperatura suficientes para que prendiera la luz en el corazón de las tinieblas.
No es aquella primera luz de estrellas que hoy ya no existen lo que han visto los astrónomos. Utilizando la red de radiotelescopios ALMA desplegada en el desierto de Atacama, en el norte de Chile, han analizado a lo largo de trece meses una galaxia remota descubierta en el 2012. Allí han encontrado una huella inequívoca de oxígeno.
“La detección de oxígeno implica que las estrellas de la primera generación ya habían muerto. Habían explotado en supernovas que habían expulsado el oxígeno generado en las estrellas”, explica por correo electrónico Takuya Hashimoto, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, que ha liderado la investigación.
Esta deducción se basa en que las estrellas de la primera generación sólo podían contener hidrógeno y helio, los dos átomos más pequeños y ligeros, pues son los únicos que se crearon en el big bang. Los átomos más pesados, entre ellos el oxígeno, se crearon todos en el interior de estrellas. Por lo tanto, si había oxígeno detectable en la galaxia estudiada con el observatorio ALMA, tenía que haberse originado en estrellas más antiguas.
Aquellas primeras estrellas debieron ser gigantescas para consumirse con rapidez y morir en explosiones de supernovas. Cuanto más masiva es una estrella, mayores son la presión y la temperatura en su interior y más breve es su vida. Si acabaron como supernovas, debían tener una masa mínima equivalente a ocho soles y máxima de un centenar de soles, informa Aldo Serenelli, del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).
Para averiguar la edad de esas primeras estrellas, los astrónomos debían determinar primero la edad de la galaxia en la que habían detectado el oxígeno. Se basaron en que, cuanto más lejana y antigua es una galaxia, más rápido se aleja de nosotros debido a la expansión del universo. Según los resultados presentados esta semana en la revista Nature, la velocidad a la que se aleja la galaxia implica que se encuentra a una distancia de 13.280 millones de años luz de nosotros. O, lo que es lo mismo, que la vemos como era hace 13.280 millones de años. Por lo tanto, la señal de la galaxia captada por el observatorio ALMA fue emitida 550 millones de años después del big bang.
A partir de ahí, los astrónomos han recurrido a los telescopios espaciales Hubble y Spitzer para analizar la radiación infrarroja procedente de la galaxia. El brillo observado es coherente con un modelo teórico que explica la evolución temprana de las galaxias. Según este modelo, las galaxias experimentaron un baby boom estelar cuando se encendieron las primeras estrellas. La ignición expulsó grandes cantidades de gas hacia la periferia de las galaxias en un proceso de gentrificación cósmica, de modo que el nacimiento de nuevas estrellas se interrumpió por un tiempo. Cuando el gas volvió a ser atraído más tarde hacia los centros galácticos por efecto de la gravedad, dio lugar a un segundo baby boom.
Las estrellas recién nacidas ionizaron entonces el oxígeno y otras moléculas que habían quedado en el espacio interestelar. Es precisamente esta señal de oxígeno ionizado lo que ha detectado el observatorio ALMA.
De acuerdo con este modelo, tuvieron que transcurrir unos 300 millones de años entre el nacimiento de la primera generación de estrellas y una emisión de
La detección de oxígeno en una de las galaxias más antiguas ha permitido rastrear el origen de los astros
“Es comparable al Santo Grial de la cosmología”, afirma el investigador Richard Ellis
oxígeno con las características de la que se ha detectado. Si la señal del oxígeno fue emitida 550 millones de años después del big
bang, las primeras estrellas tuvieron que formarse cuando el Universo tenía 250 millones de años.
“Esta detección extiende las fronteras del Universo observable”, destaca Takuya Hashimoto.
“Determinar cuándo tuvo lugar el alba cósmica es comparable al Santo Grial de la cosmología y la formación de galaxias”, añade en un comunicado Richard Ellis, coautor de la investigación, del University College de Londres (Reino Unido). “Hemos conseguido rastrear la historia más allá de los límites de detección de galaxias que permiten las instalaciones actuales. Nos estamos acercando a ser testigos directos del nacimiento de la luz estelar”.
Otra investigación presentada el pasado invierno situó el origen de las primeras estrellas 180 millones de años después del big bang (véase La Vanguardia del 1 de marzo). Pero los resultados de aquel trabajo, que ya en su día fue recibido con reservas, han sido refutados por un nuevo análisis de los datos, informa Jordi Miralda-Escudé, investigador Icrea en el Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona.
La nueva investigación confirma al observatorio ALMA como “el instrumento más potente para calcular distancias a galaxias del Universo temprano a la espera del lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb”, actualmente previsto para el 2020, destaca Richard Ellis. Con el telescopio Webb, “puede ser factible detectar directamente las fases iniciales de la formación de galaxias”.