Según un nuevo estudio, las primeras estrellas del cosmos podrían tener una masa 10.000 veces superior a la del Sol, es decir, unas 1.000 veces más que las estrellas más grandes que existen en la actualidad;
Hoy en día, las estrellas más grandes tienen 100 masas solares. Pero el universo primitivo era un lugar mucho más exótico, lleno de estrellas megagigantes que vivían deprisa y morían muy, muy jóvenes, según descubrieron los investigadores.
Y una vez que estos gigantes condenados se extinguieron, nunca se dieron las condiciones adecuadas para que volvieran a formarse.
La Edad Oscura cósmica
Hace más de 13.000 millones de años, poco después del Big Bang, el universo no tenía estrellas. No había más que una sopa caliente de gas neutro, compuesta casi en su totalidad por hidrógeno y helio. Sin embargo, a lo largo de cientos de millones de años, ese gas neutro comenzó a amontonarse en bolas de materia cada vez más densas. Este periodo se conoce como la Edad Oscura cósmica.
En el universo actual, las bolas densas de materia se colapsan rápidamente para formar estrellas. Pero eso se debe a que el universo moderno tiene algo de lo que carecía el universo primitivo: muchos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Estos elementos son muy eficaces a la hora de irradiar energía. Esto permite que las densas aglomeraciones se reduzcan rápidamente hasta alcanzar densidades suficientes para desencadenar la fusión nuclear, el proceso que impulsa las estrellas mediante la combinación de elementos más ligeros en otros más pesados.
Pero la única forma de obtener elementos más pesados en primer lugar es a través de ese mismo proceso de fusión nuclear. Múltiples generaciones de estrellas formándose, fusionándose y muriendo enriquecieron el cosmos hasta su estado actual.
Sin la capacidad de liberar calor rápidamente, la primera generación de estrellas tuvo que formarse en condiciones muy diferentes y mucho más difíciles;
Frentes fríos
Para entender el rompecabezas de estas primeras estrellas, un equipo de astrofísicos recurrió a sofisticadas simulaciones por ordenador de la Edad Media para comprender qué ocurría entonces. En enero presentaron sus conclusiones en un artículo publicado en la base de datos de preimpresiones arXiv y sometido a revisión por pares en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
El nuevo trabajo presenta todos los ingredientes cosmológicos habituales: materia oscura que ayuda al crecimiento de las galaxias, evolución y aglomeración de gas neutro y radiación que puede enfriar y, a veces, recalentar el gas. Pero su trabajo incluye algo que a otros les ha faltado: frentes fríos – corrientes de materia enfriada que se mueven rápidamente – que chocan contra estructuras ya formadas.
Los investigadores descubrieron que una compleja red de interacciones precedió a la primera formación estelar. El gas neutro comenzó a acumularse y agruparse. El hidrógeno y el helio liberaron un poco de calor, lo que permitió que los cúmulos de gas neutro alcanzaran lentamente densidades más elevadas.
Pero los cúmulos de alta densidad se calentaron mucho, produciendo una radiación que rompió el gas neutro e impidió que se fragmentara en muchos cúmulos más pequeños. Esto significa que las estrellas formadas a partir de estos cúmulos pueden llegar a ser increíblemente grandes.
Estrellas supermasivas
Estas interacciones de ida y vuelta entre la radiación y el gas neutro dieron lugar a enormes acumulaciones de gas neutro, el principio de las primeras galaxias. En las profundidades de estas protogalaxias, el gas formó discos de acreción que giran rápidamente, anillos de materia que fluyen a gran velocidad y se forman alrededor de objetos masivos, como los agujeros negros del universo moderno;
Mientras tanto, en los bordes exteriores de las protogalaxias llovían frentes fríos de gas. Los frentes más fríos y masivos penetraron en las protogalaxias hasta el disco de acreción.
Estos frentes fríos chocaron contra los discos, aumentando rápidamente tanto su masa como su densidad hasta un umbral crítico, lo que permitió la aparición de las primeras estrellas.
Esas primeras estrellas no eran fábricas de fusión normales. Eran gigantescas aglomeraciones de gas neutro que encendían sus núcleos de fusión de una sola vez, saltándose la etapa en la que se fragmentan en pequeños trozos. La masa estelar resultante era enorme.
Esas primeras estrellas habrían sido increíblemente brillantes y habrían vivido vidas extremadamente cortas, menos de un millón de años. (Las estrellas del universo moderno pueden vivir miles de millones de años). Después, habrían muerto en furiosas explosiones de supernova;
Esas explosiones habrían transportado los productos de las reacciones de fusión interna – elementos más pesados que el hidrógeno y el helio – que luego sembraron la siguiente ronda de formación estelar. Pero ahora, contaminadas por elementos más pesados, el proceso no podría repetirse, y esos monstruos no volverían a aparecer en la escena cósmica.
