Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. La publicación contribuyó con el artículo a Space.com Voces de expertos: Op-Ed e Insights.
Durante décadas, los astrónomos se han preguntado qué Muy primeras estrellas en el universo eran como. Estas estrellas formaron nuevos elementos químicos, que enriquecieron el universo y permitieron que las próximas generaciones de estrellas formaran los primeros planetas.
Las primeras estrellas inicialmente estaban compuestos de hidrógeno puro y helio, y eran masivos, cientos a miles de veces la masa de el sol y millones de veces más luminosos. Sus cortas vidas terminaron en enormes explosiones llamadas supernovaspor lo que no tenían el tiempo ni las materias primas para formar planetas, y ya no deberían existir para que los astrónomos observen.
Al menos eso es lo que pensamos.
Dos estudios publicados en la primera mitad de 2025 sugieren que el colapso de las nubes de gas en el universo temprano también puede haber formado estrellas de menor masa. Un estudio Utiliza una nueva simulación de computadora astrofísica que modela la turbulencia dentro de la nube, causando fragmentación en grupos más pequeños formadores de estrellas. El otro estudio – Un experimento de laboratorio independiente – demuestra cómo hidrógeno molecularuna molécula esencial para la formación de estrellas, puede haberse formado antes y en abundancias más grandes. El proceso involucra un catalizador que puede sorprender a los maestros de química.
Como astrónomo La OMS estudia la formación de estrellas y planetas y su dependencia de los procesos químicos, estoy entusiasmado con la posibilidad de que la química en los primeros 50 millones a 100 millones de años después del Big Bang pueda haber sido más activo de lo que esperábamos.
Estos hallazgos sugieren que la segunda generación de estrellas, las estrellas más antiguas que actualmente podemos observar y posiblemente los anfitriones de los primeros planetas, pueden haberse formado antes de lo que pensaban los astrónomos.
Formación estrella primordial
Forma de las estrellas Cuando nubes masivas de hidrógeno muchos años luz en el colapso bajo su propia gravedad. El colapso continúa hasta que una esfera luminosa rodea un núcleo denso que es lo suficientemente caliente como para mantener la fusión nuclear.
Fusión nuclear sucede cuando dos o más átomos ganan suficiente energía para fusionarse. Este proceso crea un nuevo elemento y libera una increíble cantidad de energía, que calienta el núcleo estelar. En las primeras estrellas, los átomos de hidrógeno se fusionaron para crear helio.
La nueva estrella brilla porque su superficie está caliente, pero el alimentación de energía que la luminosidad se filtra de su núcleo. La luminosidad de una estrella es su salida de energía total en forma de luz. El brillo de la estrella es la pequeña fracción de esa luminosidad que observamos directamente.
Este proceso donde las estrellas forman elementos más pesados por fusión nuclear nucleosíntesis estelar. Continúa en estrellas después de que se forman A medida que sus propiedades físicas cambian lentamente. Las estrellas más masivas pueden producir elementos más pesados como carbono, oxígeno y nitrógeno, hasta el hierro, en una secuencia de reacciones de fusión que terminan en un explosión de supernova.
Las supernovas pueden crear elementos aún más pesados, completando el Tabla periódica de elementos. Las estrellas de baja masa como el sol, con sus núcleos más fríos, pueden mantener la fusión solo hasta el carbono. A medida que agotan el hidrógeno y el helio en sus núcleos, la fusión nuclear se detiene y las estrellas se evaporan lentamente.
Las estrellas de alta masa tienen alta presión y temperatura en sus núcleos, por lo que ellos Quemar brillante y usar su combustible gaseoso rápidamente. Duran solo unos pocos millones de años, mientras que estrellas de baja masa – Esas menos de dos veces la masa del sol, evolucionan mucho más lentamente, con vidas de miles de millones o incluso billones de años.
Si las primeras estrellas fueran estrellas de alta masa, entonces habrían explotado hace mucho tiempo. Pero si las estrellas de baja masa también se formaron en el universo temprano, aún pueden existir para que observemos.
Química que enfría nubes
Las primeras nubes de gas formadoras de estrellas, llamadas nubes protostelares, eran cálidas- Temperatura ambiente. El gas cálido tiene una presión interna que empuja hacia afuera contra la fuerza interna de la gravedad tratando de colapsar la nube. Un globo de aire caliente permanece inflado por el mismo principio. Si la llama que calienta el aire en la base del globo se detiene, el aire en el interior se enfría y el globo comienza a colapsar.
Solo las nubes prototelares más masivas con la mayor gravedad podrían superar la presión térmica y, finalmente, colapsar. En este escenario, las primeras estrellas fueron todas masivas.
La única forma de formar las estrellas de baja masa que vemos hoy es que las nubes prototellar se enfríen. Gas en el espacio se enfría por radiaciónque transforma la energía térmica en la luz que lleva la energía fuera de la nube. Los átomos de hidrógeno y helio no son radiadores eficientes por debajo de varios miles de grados, pero el hidrógeno molecular, H₂, es excelente para enfriar gas a bajas temperaturas.
Cuando se energiza, H₂ emite luz infrarroja, que enfría el gas y reduce la presión interna. Ese proceso haría que el colapso gravitacional sea más probable en las nubes de baja masa.
Durante décadas, los astrónomos han razonado que una baja abundancia de H₂ temprano en el principio dio como resultado nubes más calientes cuya presión interna sería demasiado caliente para colapsar fácilmente en estrellas. Llegaron a la conclusión de que solo las nubes con enormes masas y, por lo tanto, mayor gravedad, colapsarían, dejando estrellas más masivas.
Hidruro de helio
En Artículo de la revista de julio de 2025el físico Florian Grussie y los colaboradores del Instituto Max Planck de Física Nuclear demostraron que la primera molécula que se formó en el Universo, hidruro de helioJe, podría haber sido más abundante en el universo temprano de lo que se pensaba anteriormente. Utilizaron un modelo de computadora y realizaron un experimento de laboratorio para verificar este resultado.
Hidruro de helio? En la ciencia de la escuela secundaria probablemente aprendiste que el helio es un gas noblelo que significa que no reacciona con otros átomos para formar moléculas o compuestos químicos. Como resultado, lo hace, pero solo bajo el extremadamente escaso y oscuro Condiciones del universo tempranoantes de que se formaran las primeras estrellas.
Heh⁺ reacciona con deuteruro de hidrógeno – HD, que es un átomo de hidrógeno normal unido a un átomo de deuterio más pesado – para formar h₂. En el proceso, Heh⁺ también actúa como un refrigerante y libera calor en forma de luz. Por lo tanto, la alta abundancia de ambos refrigerantes moleculares antes puede haber permitido que las nubes más pequeñas se enfríen más rápido y colapsen para formar estrellas de baja masa.
El flujo de gas también afecta las masas iniciales estelares
En otro estudio, Publicado en julio 2025, el astrofísico Ke-Jung Chen dirigió un grupo de investigación en el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica utilizando una simulación de computadora detallada que modeló cómo el gas en el universo temprano puede haber fluido.
El modelo del equipo demostró que turbulencia o movimiento irregularen gigantes, las nubes de gas colapsantes pueden formar fragmentos de nubes de baja masa a partir de los cuales las estrellas de menor masa se condensan.
El estudio concluyó que la turbulencia puede haber permitido que estas nubes de gas tempranas formen estrellas del mismo tamaño o hasta 40 veces más masivos que la masa del sol.
Los dos nuevos estudios predicen que la primera población de estrellas podría haber incluido estrellas de baja masa. Ahora, depende de nosotros los astrónomos observacionales encontrarlos.
Esta no es tarea fácil. Las estrellas de baja masa tienen luminosidades bajas, por lo que son extremadamente débiles. Varios estudios de observación han informado recientemente posibles deteccionespero ninguno se confirma aún con gran confianza. Sin embargo, si están ahí afuera, los encontraremos eventualmente.
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