¿Cómo eran las primeras estrellas del Universo?

Las primeras estrellas que se formaron tras el Big Bang y la Edad Oscura eran muy masivas, y jugaron un papel protagonista durante el periodo de reionización. A partir de ese momento los fotones pudieron viajar libremente por el espacio, trayendo la información de objetos distantes. La principal diferencia entre las primeras estrellas y las que se observan actualmente es que aquéllas se formaron sólo a partir de hidrógeno y helio, sin metales. Por tanto, las estrellas masivas pobres en metales son fundamentales para comprender las primeras etapas del universo. Nuevas observaciones del Gran Telescopio CANARIAS (GTC) nos acercan un paso más a las estrellas del universo primitivo. Este trabajo se ha publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.

Recientes descubrimientos llevados a cabo por Miriam García y Artemio Herrero nos acercan a las condiciones de las estrellas en el Universo primitivo. Miriam García es miembro Consolider-GTC del equipo ESTRELLAS MASIVAS AZULES del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y Artemio Herrero, catedrático de la Universidad de La Laguna y miembro del IAC, es investigador principal del mismo equipo.

Las estrellas masivas calientan, ionizan y hacen brillar el medio que las rodea a través de la radiación que emiten, la cual depende de su temperatura. Cuanto mayor es su temperatura, mayor es su capacidad para hacer brillar el gas de su entorno y este es el material que observamos cuando nos remontamos a las edades más tempranas del universo. En el universo primitivo, el material del que se formaban las estrellas tenía un contenido muy bajo en metales (en Astrofísica, todos los elementos distintos del hidrógeno y el helio). Para entenderlo, es necesario estudiar objetos con una composición química similar.

Las estrellas masivas que existían en aquella época eran muy pobres en metales. Estas estrellas eran capaces de generar eventos altamente energéticos (como explosiones de supernova y estallidos de rayos-gamma) que afectaban profundamente a su entorno. Por lo tanto son un ingrediente clave para nuestros modelos de la evolución del universo y, especialmente, para intentar saber más sobre lo que ocurrió en su infancia.

Galaxia IC 1613

Esta galaxia enana irregular se encuentra a unos 2,3 millones de años luz de la Tierra, entre las Constelaciones de Piscis y la Ballena. IC1613 es la galaxia más próxima a nosotros con un contenido en metales significativamente inferior al de la Pequeña Nube de Magallanes.

La Pequeña Nube de Magallanes representaba hasta la fecha el entorno más pobre en metales en el que las estrellas masivas se habían estudiado en detalle. Por superar la barrera que establece la Pequeña Nube de Magallanes y por su relativa proximidad, las estrellas de IC1613 constituyen el siguiente paso para estudiar cómo funcionaban las primeras estrellas del Universo.

Sin embargo, los estudios son cada vez más difíciles: las galaxias que alojan a las estrellas masivas pobres en metales son cada vez más lejanas y, al bajar el contenido metálico, los rasgos presentes en los espectros son cada vez más débiles. Es necesario un telescopio como el GTC para poder abordar el problema.

Más estrellas para una nueva escala de temperaturas

Utilizando observaciones realizadas con el espectrógrafo OSIRIS en el GTC, García y Herrero han duplicado el número de estrellas-O (la fase joven de las estrellas más masivas) conocidas en esta galaxia. Hasta la fecha sólo se sabía de la existencia de 6 estrellas-O censadas en IC1613 por Bresolin et al. (2007), y la estrella estudiada por Herrero y colaboradores en el 2012. Se han descubierto 8 nuevas estrellas de tipo-O con GTC-OSIRIS, lo que aumenta el número de estrellas conocidas en esta galaxia en un factor 2.

En su estudio, García y Herrero han logrado establecer la escala de temperaturas para las estrellas masivas en IC1613, en unas condiciones de metalicidad más próximas que nunca a las del universo primitivo. Con un 30% menos de metales, la escala de temperatura de IC1613 es unos 1000K más caliente que la de las estrellas de la Pequeña Nube de Magallanes. Este resultado constituye una herramienta muy potente para estimar el flujo ionizante de poblaciones estelares jóvenes no resueltas, como las que observamos al penetrar cada vez más lejos en el Cosmos.

El equipo continúa sus trabajos de exploración con GTC-OSIRIS en otras galaxias. Su objetivo es descender sucesivos peldaños en el contenido de metales de las estrellas estudiadas, llegando cada vez más cerca a las condiciones del universo primitivo.

enlace original ESO