Hace más de 13 mil millones de años, antes de los planetas, incluso antes de la mayoría de los elementos más pesados que los componen, las primeras estrellas se encendieron en el universo. Eran inmensas y resplandecientes esferas de hidrógeno y helio, la materia prima de apenas minutos después del Big Bang, durante un período llamado Nucleosíntesis del Big Bang. Cuando estos titanes estelares murieron en supernovas cataclísmicas (explosiones increíblemente brillantes y poderosas), sembraron el espacio con los primeros elementos más pesados: carbono, hierro y los componentes básicos de prácticamente todo lo que conocemos.
Ahora, los astrónomos han descubierto una estrella que podría ser lo más cerca que hayamos estado de presenciar una de las estrellas primordiales. Conocida como SDSS J0715-7334, se encuentra en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite que orbita nuestra Vía Láctea. Casi no contiene elementos pesados: aproximadamente 0,8 partes por millón, o aproximadamente 20.000 veces menos que el Sol.
Eso lo convierte, en palabras de sus descubridores, en “la composición más prístina de cualquier objeto conocido en el universo”. El hallazgo, informado por Alexander Ji y colegas de la Universidad de Chicago en preimpresión, ofrece una visión directa de las condiciones que siguieron a la primera generación de estrellas del universo y cómo nació la siguiente generación.
20.000 veces más puro que el sol
Ji y su equipo revisaban minuciosamente las observaciones del Sloan Digital Sky Survey (SDSS-V) cuando detectaron una anomalía: una estrella débil sin metal en su espectro. Esta pista llevó a los astrónomos a los telescopios Magallanes en Chile, donde los seguimientos de alta resolución confirmaron sus sospechas.
Su contenido de hierro es sólo una diezmilésima parte del porcentaje del del Sol, y cualquier otro elemento más pesado que el helio es igualmente escaso. En resumen, esto significa que SDSS J0715-7334 nació de un gas casi tan puro como el hidrógeno y el helio originales del universo, apenas tocado por las generaciones de estrellas en explosión que posteriormente llenaron el espacio de metales y polvo.
Aún más sorprendente, la estrella prácticamente no contiene carbono. “J0715-7334 tiene la menor abundancia de carbono de cualquier estrella conocida”, escriben los autores. Esto significa que a esta antigua gigante roja le falta uno de los componentes clave que los astrónomos suelen observar en estrellas “casi prístinas”.
“Es un descubrimiento fascinante”, declaró Anke Ardern-Arentsen, de la Universidad de Cambridge, quien no participó en el estudio, en una entrevista con New Scientist. “Pero lo particularmente interesante es que la mayoría de las estrellas [casi] prístinas que conocemos contienen mucho carbono, mientras que esta no”.
La cuestión es la siguiente. Para formar una estrella pequeña como SDSS J0715-7334, el gas debe enfriarse lo suficiente como para colapsar por la gravedad. Los átomos de carbono suelen contribuir radiando calor. Pero con tan poco carbono presente, algo más debió ocupar su lugar.
Según Ji y sus colegas, el probable culpable es el polvo. “Los modelos actuales de formación de estrellas de baja masa solo pueden explicar la existencia de SDSS J0715-7334 si el enfriamiento por polvo ya era posible en el momento de su formación”, informa el equipo.
El misterio del carbono faltante
¿Por qué esta estrella carece de carbono mientras que sus primas casi prístinas de la Vía Láctea no lo tienen? Los astrónomos sospechan que la respuesta podría estar en el entorno donde se formó.
“Surge la pregunta: ¿los diferentes entornos en diferentes lugares del universo enfrían su gas de manera diferente en los primeros tiempos?”, preguntó Anna Frebel, astrofísica del Instituto Tecnológico de Massachusetts, hablando con New Scientist. “Podríamos preguntarnos por qué lo enfrían de forma diferente, pero no creo que tengamos una buena respuesta”.
El equipo de Ji sugiere que las condiciones en la Gran Nube de Magallanes podrían haber permitido que predominara un tipo diferente de proceso de enfriamiento temprano. En sus simulaciones, SDSS J0715-7334 solo podría haberse formado si el enfriamiento por polvo ya estuviera activo, posiblemente generado por los remanentes de una potente explosión: una supernova de una estrella masiva de Población III de 30 masas solares.
Un viajero intergaláctico
Utilizando la velocidad y la posición de SDSS J0715-7334, el equipo de Ji reconstruyó la órbita de la estrella. Probablemente se activó en la Gran Nube de Magallanes o cerca de ella, y posteriormente se desplazó hacia el halo de la Vía Láctea. “J0715−7334 es, por lo tanto, un inmigrante galáctico, nacido en la Gran Nube de Magallanes o cerca de ella y recientemente capturado por la Vía Láctea”, señalan los investigadores.
Esto lo convierte en uno de los primeros “fósiles” de formación estelar conocidos, provenientes de fuera de nuestra galaxia. Su descubrimiento sugiere que el universo primitivo pudo haber alimentado una diversidad de entornos de formación estelar, algunos capaces de crear estrellas pobres en carbono como esta. También sugiere que las Nubes de Magallanes, consideradas durante mucho tiempo humildes compañeras de la Vía Láctea, aún pueden albergar secretos sobre las primeras fases de la evolución cósmica.
Las primeras estrellas del universo —las esquivas estrellas de Población III— nunca se han observado directamente. Brillaron con gran intensidad y murieron jóvenes, dejando sólo rastros en las estrellas que les siguieron. Pero con SDSS J0715-7334, los astrónomos han descubierto uno de sus descendientes más convincentes hasta la fecha.
El equipo de Ji modeló el patrón químico de la estrella y descubrió que se asemeja más a una supernova de Población III que explotó con una energía de aproximadamente 5×10⁵¹ ergios. Esto es varias veces más potente que una explosión estelar típica, suficiente para dispersar sus restos enriquecidos por una vasta región del espacio primitivo.
Ni siquiera el Telescopio Espacial James Webb ha detectado aún galaxias con esta primitividad química. Las galaxias más pobres en metales observadas por el JWST tienen metalicidades unas diez veces superiores. “Se necesitarían observaciones mucho más profundas de galaxias con alto corrimiento al rojo para demostrar que son galaxias verdaderamente prístinas compuestas de estrellas sin metales”, señala el estudio.
En otras palabras, SDSS J0715-7334 puede representar la evidencia tangible más cercana de las primeras chispas que iluminaron el cosmos.
Como lo expresó Ji en la conclusión de su equipo: “La búsqueda de estrellas de Población III continúa”. Pero en una débil y antigua gigante roja a la deriva entre galaxias, los astrónomos han encontrado un eco casi perfecto de dicho cuerpo celeste.
Fuente: ZME Science.