Érase una vez, hace miles de millones de años, el Universo estaba envuelto en oscuridad. No fue hasta que las primeras estrellas comenzaron a brillar que el espacio se volvió transparente y la luz fluyó.
Es curioso, pero nunca se ha encontrado ni una sola de esas primeras estrellas, conocidas como Población III.
Ahora, los astrónomos han identificado la siguiente mejor opción: una estrella tan químicamente anémica que debe haberse formado inmediatamente después de la generación que transformó el Universo.
Estas estrellas se conocen como estrellas de Población II y son extremadamente raras. Esta anémica, llamada PicII-503, es particularmente emocionante: es la estrella más pobre en hierro jamás encontrada fuera de la Vía Láctea, en una antigua galaxia enana de más de 10 mil millones de años.
“El descubrimiento de una estrella que conserva inequívocamente los metales pesados de las primeras estrellas estaba al borde de lo que pensábamos posible, dada la extrema rareza de estos objetos”, dice el astrofísico Anirudh Chiti de la Universidad de Stanford.
“Con la menor abundancia de hierro jamás obtenida en cualquier galaxia enana ultra débil, PicII-503 proporciona una ventana a la producción inicial de elementos dentro de un sistema primordial que no tiene precedentes”.
El Universo no tiene un centro, por lo que si las primeras estrellas del Universo todavía estuvieran dando vueltas, estarían distribuidas de manera bastante uniforme en todo el espacio-tiempo.
Sin embargo, los científicos creen que las estrellas de la Población III eran mucho más masivas que cualquier estrella actual y, en consecuencia, tenían una vida útil extremadamente breve.
Ahora bien, una cosa interesante acerca de las estrellas es que cuando el Universo era recién nacido, no había mucha variedad en el material disponible para la formación de estrellas. Prácticamente solo había hidrógeno y helio.
Sin embargo, una vez que las estrellas surgieron, comenzaron a romper átomos en sus núcleos para crear elementos tan pesados como el hierro.
Cuando las estrellas se quedaron sin material de fusión, habrían explotado espectacularmente, liberando y esparciendo todos esos elementos fusionados al espacio. Las explosiones de supernovas, además, son hornos violentos en los que se forman elementos más pesados que el hierro.
Estos elementos más pesados (lo que los astrónomos llaman “metales”) luego se mezclan con el gas que formará la próxima generación de estrellas, y así sucesivamente. Cuanto más joven es una estrella, más pronunciado es su contenido de metales. Por el contrario, cuanto más vieja es una estrella, menos metal tiene.
PicII-503 es una estrella ubicada a unos 150.000 años luz de distancia, en una pequeña y débil galaxia enana que orbita la Vía Láctea llamada Pictor II. Pictor II es lo que se conoce como una galaxia fósil: todas las estrellas que contiene son extremadamente antiguas y no ha experimentado formación estelar ni ha acrecentado nuevas estrellas en miles de millones de años.
Esto lo convierte en un lugar excelente para buscar estrellas que puedan haberse formado a partir de las entrañas de estrellas de Población III, como hicieron Chiti y sus colegas.
Utilizaron datos del Estudio Mapping the Ancient Galaxy in CaHK (MAGIC), recopilados utilizando la Cámara de Energía Oscura del Telescopio Víctor M. Blanco de 4 m de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., para buscar estrellas con abundancias de metales extremadamente bajas.
Se destacó la imagen II-503. Según un análisis de su espectro, la estrella tiene alrededor de 43.000 veces menos hierro que el Sol y unas 160.000 veces menos calcio. Sin embargo, su abundancia de carbono era enorme: alrededor de 3.000 veces mayor en relación con esos elementos.
La abundancia de metales pesados es tan baja que, según los investigadores, la estrella se adapta mejor a nuestra comprensión del Universo si es una estrella de Población II. Esto sugiere que la estrella se formó a partir del gas enriquecido por las primeras estrellas.
Ese desequilibrio es una pista: sugiere que la estrella se formó a partir de los restos de una supernova inusualmente débil, donde elementos más pesados como el hierro y el calcio volvieron a caer en el remanente mientras que los más ligeros como el carbono escaparon.
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Si la supernova tuviera mayor energía, los elementos habrían sido expulsados a velocidades más rápidas que la velocidad de escape de una galaxia pequeña como Pictor II, y PicII-503 no habría podido formarse.
Esto también podría decirnos algo sobre las estrellas antiguas que acechan en el halo de nuestra propia galaxia. La Vía Láctea ha absorbido muchas galaxias más pequeñas a lo largo de su vida, y todavía lo hace. Con el tiempo, Pictor II puede sucumbir al mismo destino.
“Lo que más me emociona es que hemos observado un resultado de la producción inicial de elementos en una galaxia primordial, ¡lo cual es una observación fundamental!” dice Chiti.
“También se conecta claramente con la firma que hemos visto en las estrellas del halo de la Vía Láctea con menor metalicidad, uniendo sus orígenes y la naturaleza de estos objetos enriquecida con la primera estrella”.
La investigación ha sido publicada en Nature Astronomy.