Desde que los astrónomos se dieron cuenta de que el Universo está en un constante estado de expansión y que una explosión masiva probablemente lo inició hace 13.800 millones de años (el Big Bang), ha habido preguntas sin resolver sobre cuándo y cómo se formaron las primeras estrellas. Según los datos recopilados por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA (WMAP) y misiones similares, se cree que esto sucedió unos 100 millones de años después del Big Bang.
Gran parte de los detalles de cómo funcionó este complejo proceso han seguido siendo un misterio. Sin embargo, nueva evidencia reunida por un equipo dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Astronomía indica que las primeras estrellas deben haberse formado bastante rápido. Utilizando datos del Telescopio de Magallanes en el Observatorio Las Campanas, el equipo observó una nube de gas donde se estaba formando una estrella solo 850 millones de años después del Big Bang.
El estudio que describió sus hallazgos, que recientemente apareció en el Revista Astrofísica, fue dirigido por Eduardo Bañados. Un miembro de la Carnegie Institution for Science en ese momento, Banados y sus colegas observaron la nube de gas mientras realizaban observaciones de seguimiento en una encuesta de 15 de los quásares más distantes conocidos.
Esta encuesta había sido preparada por Chiara Mazzucchelli, astrónoma del Observatorio Europeo Austral (ESO) y coautora del estudio, como parte de su Ph.D. investigación en el Instituto Max Planck de Astronomía. Mientras examinaban los espectros de un quásar en particular (P183 + 05), notaron que tenía algunas características bastante peculiares.
Utilizando los telescopios de Magallanes de 6.5 m de la Institución Carnegie en el Observatorio Las Campanas en Chile, Banados y sus colegas reconocieron las características espectrales de lo que eran: una nube de gas cercana que estaba siendo iluminada por el quásar. Los espectros también les dijeron cuán lejos estaba la nube de gas de la Tierra, a más de 13 mil millones de años luz de distancia, lo que la convierte en una de las más distantes que los astrónomos hayan observado e identificado.
Además, encontraron espectros que indicaban la presencia de trazas de elementos como carbono, oxígeno, hierro y magnesio, químicamente designados como "metales", ya que son más pesados que el helio. Dichos elementos fueron creados durante el Universo temprano cuando las primeras generaciones de estrellas (también conocidas como "población III") los liberaron al cosmos después de que llegaron al final de su vida útil y explotaron como supernovas.
Como dijo Michael Rauch, astrónomo de la Carnegie Institution of Science y coautor del nuevo estudio:
"Después de estar convencidos de que [estábamos] mirando ese gas prístino tan solo 850 millones de años después del Big Bang, comenzamos a preguntarnos si este sistema aún podría retener las firmas químicas producidas por la primera generación de estrellas".
Encontrar la primera generación de estrellas ha sido durante mucho tiempo el objetivo de los astrónomos, ya que permitiría una comprensión más completa de la historia del Universo. Con el paso del tiempo, los elementos más pesados que el hidrógeno desempeñaron un papel clave en la formación de estrellas, donde la materia se agrupa debido a la atracción mutua y luego sufre un colapso gravitacional.
Dado que solo se cree que el hidrógeno y el helio existieron en el Universo después del Big Bang, la primera generación de estrellas no tenía estos elementos químicos, lo que los hace distintos de cada generación que siguió. Por lo tanto, fue sorprendente observar una abundancia relativa de estos elementos en una nube de gas tan temprana, que en realidad era comparable a lo que los astrónomos ven hoy en las nubes de gas intergaláctico.
Estas observaciones plantean un gran desafío para las teorías convencionales de cómo se formaron las primeras estrellas en nuestro Universo. Esencialmente, indica que la formación de estrellas debe haber comenzado mucho antes para producir estos elementos químicos. Basado en estudios que involucran supernovas de tipo Ia, se estima que las explosiones necesarias para producir estos metales con la abundancia observada demorarían aproximadamente mil millones de años.
En resumen, los científicos pueden haberse alejado aproximadamente una generación cuando se trata de cuando nacieron las primeras estrellas, lo que implica que pudo haber habido algunas durante los primeros eones del Universo. Esto efectivamente significa que las primeras estrellas habrían tenido que formarse bastante rápido a partir de la sopa primordial de hidrógeno y helio que fue el Universo temprano. Este hallazgo podría tener serias implicaciones para las teorías sobre la evolución cósmica.
Como dijo Bañados, el objetivo ahora es confirmar esto al encontrar nubes de gas adicionales que tengan abundancias químicas similares:
"Es emocionante que podamos medir la metalicidad y la abundancia química tan temprano en la historia del universo, pero si queremos identificar las firmas de las primeras estrellas tenemos que sondear incluso antes en la historia cósmica". Soy optimista de que encontraremos nubes de gas aún más distantes, lo que podría ayudarnos a comprender cómo nacieron las primeras estrellas ".
La relatividad nos dice que el espacio y el tiempo son dos expresiones de la misma realidad. Ergo, al mirar más lejos en el Universo, también estamos mirando más atrás en el tiempo. Al hacerlo, los astrónomos han podido ajustar sus modelos e ideas cosmológicos sobre cómo y cuándo comenzó todo. Sabiendo que las primeras estrellas en el Universo podrían tener sus orígenes retrasados a un tiempo aún anterior; bueno, eso es solo parte de la curva de aprendizaje!
