Utilizando el Very Large Telescope (VLT) de ESO, los investigadores han encontrado por primera vez las huellas dactilares dejadas por la explosión de las primeras estrellas del Universo. Detectaron tres nubes de gas distantes cuya composición química coincide con lo que esperamos de las primeras explosiones estelares. Estos hallazgos nos acercan un paso más a la comprensión de la naturaleza de las primeras estrellas que se formaron después del Big Bang.
«Por primera vez, pudimos identificar las huellas químicas de las explosiones de las primeras estrellas en nubes de gas muy distantes», dice Andrea Saccardi, estudiante de doctorado en el Observatoire de Paris – PSL, quien dirigió este estudio durante su tesis de maestría en la Universidad de Florencia.
Los investigadores piensan que las primeras estrellas que se formaron en el Universo eran muy diferentes a las que vemos hoy. Cuando aparecieron hace 13.500 millones de años, solo contenían hidrógeno y helio, los elementos químicos más simples de la naturaleza. Estas estrellas, que se cree que son decenas o cientos de veces más masivas que nuestro Sol, murieron rápidamente en poderosas explosiones conocidas como supernovas, enriqueciendo el gas circundante con elementos más pesados por primera vez. Las generaciones posteriores de estrellas nacieron de ese gas enriquecido y, a su vez, expulsaron elementos más pesados cuando también murieron. Pero las primeras estrellas desaparecieron hace mucho tiempo, entonces, ¿cómo pueden los investigadores aprender más sobre ellas? «Las estrellas primordiales pueden estudiarse indirectamente al detectar los elementos químicos que dispersaron en su entorno después de su muerte», dice Stefania Salvadori, profesora asociada de la Universidad de Florencia y coautora del estudio publicado hoy en Astrophysical Journal.
Usando datos tomados con el VLT de ESO en Chile, el equipo encontró tres nubes de gas muy distantes, vistas cuando el Universo tenía solo un 10-15% de su edad actual, y con una huella química que coincide con lo que esperamos de las explosiones de las primeras estrellas. Dependiendo de la masa de estas primeras estrellas y de la energía de sus explosiones, estas primeras supernovas liberaron diferentes elementos químicos como el carbono, el oxígeno y el magnesio, que están presentes en las capas exteriores de las estrellas. Pero algunas de estas explosiones no fueron lo suficientemente energéticas como para expulsar elementos más pesados como el hierro, que se encuentra solo en el núcleo de las estrellas. Para buscar el signo revelador de estas primeras estrellas que explotaron como supernovas de baja energía, el equipo buscó nubes de gas distantes pobres en hierro pero ricas en otros elementos. Y encontraron exactamente eso: tres nubes lejanas en el Universo primitivo con muy poco hierro pero mucho carbono y otros elementos: la huella digital de las explosiones de las primeras estrellas.
Esta peculiar composición química también se ha observado en muchas estrellas antiguas de nuestra propia galaxia, que los investigadores consideran estrellas de segunda generación que se formaron directamente a partir de las ‘cenizas’ de las primeras. Este nuevo estudio ha encontrado tales cenizas en el Universo primitivo, agregando así una pieza faltante a este rompecabezas. “Nuestro descubrimiento abre nuevas vías para estudiar indirectamente la naturaleza de las primeras estrellas, complementando completamente los estudios de estrellas en nuestra galaxia”, explica Salvadori.
Para detectar y estudiar estas nubes de gas distantes, el equipo utilizó balizas de luz conocidas como cuásares, fuentes muy brillantes alimentadas por agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias lejanas. A medida que la luz de un cuásar viaja a través del Universo, atraviesa nubes de gas donde diferentes elementos químicos dejan una huella en la luz.
Para encontrar estas huellas químicas, el equipo analizó datos de varios cuásares observados con el instrumento X-shooter en el VLT de ESO. X-shooter divide la luz en una gama extremadamente amplia de longitudes de onda o colores, lo que lo convierte en un instrumento único para identificar muchos elementos químicos diferentes en estas nubes distantes.
Este estudio abre nuevas ventanas para la próxima generación de telescopios e instrumentos, como el próximo Extremely Large Telescope (ELT) de ESO y su espectrógrafo ArmazoNes de alta dispersión Echelle de alta resolución (ANDES). «Con ANDES en el ELT podremos estudiar con mayor detalle muchas de estas raras nubes de gas, y finalmente podremos descubrir la naturaleza misteriosa de las primeras estrellas», concluye Valentina D’Odorico, investigadora del National Instituto de Astrofísica de Italia y coautor del estudio.
