Una nueva investigación indica que durante las edades oscuras cósmicas, las primeras estrellas que aparecieron en el universo se expandieron hasta 10.000 veces la masa del sol que observamos en nuestro sistema solar.
El crédito de esta imagen pertenece a la ESA y muestra la visualización de un artista del universo primitivo, ilustrando las etapas iniciales de la formación de galaxias y estrellas que ocurren en el centro.
Según un estudio reciente, las estrellas iniciales que se formaron en el universo podrían haber tenido una masa superior a 10.000 veces la de nuestro sol, que es aproximadamente 1.000 veces más grande que las estrellas más masivas que existen en la actualidad.
El tamaño máximo actual de las estrellas es de alrededor de 100 masas solares. Sin embargo, el universo primitivo era significativamente diferente y se caracterizaba por la existencia de estrellas ultramasivas que tenían vidas cortas y morían rápidamente, según los hallazgos de los investigadores.
Después de que las estrellas ultramasivas del universo primitivo se extinguieron, las condiciones necesarias para volver a formarlas nunca volvieron a surgir.
La Edad Oscura cósmica ocurrió hace más de 13 mil millones de años, poco después del Big Bang, cuando el universo estaba desprovisto de estrellas. En ese momento, el universo consistía principalmente en gas neutro, predominantemente compuesto de hidrógeno y helio, que gradualmente se condensaron en grupos cada vez más densos durante cientos de millones de años.
En el universo actual, densos cúmulos de materia colapsan rápidamente para dar lugar a estrellas. Sin embargo, este fenómeno está ausente en el universo primitivo ya que carecía de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Estos elementos más pesados son muy eficientes en la disipación de energía, lo que hace que los cúmulos densos colapsen rápidamente y alcancen la densidad suficiente para iniciar la fusión nuclear, el proceso que impulsa a las estrellas al fusionar elementos más livianos en elementos más pesados.
Sin embargo, la única forma de producir elementos más pesados es a través del proceso de fusión nuclear, que ocurre durante las sucesivas generaciones de estrellas que se forman, fusionan y mueren. Estas estrellas contribuyeron al enriquecimiento del cosmos a su estado actual.
Dado que la primera generación de estrellas carecía de la capacidad de disipar rápidamente el calor, se formaron en condiciones considerablemente diferentes y desafiantes.
Para comprender el enigma de las estrellas iniciales, un equipo de astrofísicos recurrió a sofisticadas simulaciones por computadora de la Edad Oscura cósmica para comprender los sucesos durante esa época. En enero, los investigadores publicaron sus hallazgos en un artículo accesible en la base de datos de preimpresión arXiv y lo enviaron para revisión por pares a los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
Su investigación incorporó todos los elementos cosmológicos estándar, como la materia oscura, la acumulación y evolución de gases neutros y la radiación que puede enfriar o recalentar el gas. Sin embargo, su trabajo introdujo un aspecto que otros habían ignorado previamente: los frentes fríos, que son corrientes rápidas de materia enfriada que chocan con estructuras ya formadas.
Según los investigadores, el proceso de formación de las primeras estrellas estuvo precedido por una compleja red de interacciones. Durante la Edad Oscura cósmica, el gas neutro comenzó a acumularse y agruparse. El calor liberado por el hidrógeno y el helio permitió que los grumos de gas neutro aumentaran lentamente su densidad con el tiempo.
A medida que los cúmulos de alta densidad se calentaban, emitían radiación que impedía que el gas neutro se fragmentara en cúmulos más pequeños, lo que permitió que las estrellas formadas a partir de estos cúmulos se hicieran extremadamente grandes.
Como resultado de las complejas interacciones entre la radiación y el gas neutro, se formaron piscinas masivas de gas neutro, que marcaron el comienzo de las primeras galaxias. En lo profundo de estas protogalaxias, el gas formó discos de acreción que giran rápidamente, que son anillos de materia que fluyen rápidamente y se forman alrededor de objetos masivos, incluidos los agujeros negros en el universo moderno.
Por otro lado, en los bordes exteriores de las protogalaxias, corrientes de gas frío fluían hacia el interior. Las corrientes más masivas y frías pudieron penetrar hasta el disco de acreción. Cuando chocaron con el disco, las corrientes provocaron un rápido aumento tanto en su masa como en su densidad, alcanzando finalmente un umbral crítico que desencadenó la formación de las primeras estrellas.
Las primeras estrellas no eran estrellas típicas que experimentan un proceso de fusión gradual. En cambio, eran enormes acumulaciones de gas neutro que encendían sus núcleos de fusión a la vez, evitando la etapa de fragmentación en pedazos más pequeños.
Como resultado, tenían masas enormes y habrían sido increíblemente brillantes, con una vida útil de menos de un millón de años, en comparación con los miles de millones de años de las estrellas modernas. Estas primeras estrellas habrían muerto en violentas explosiones de supernova, que dispersaron los elementos más pesados creados en sus reacciones de fusión interna, sembrando la siguiente ronda de formación estelar.
Sin embargo, como estas estrellas posteriores fueron contaminadas por elementos más pesados, el proceso no pudo repetirse y la formación de estrellas tan masivas nunca volvería a ocurrir.
