Cuando el universo apenas tenía 500 millones de años, aproximadamente un 3% de su edad actual, algunas de sus primeras estrellas y galaxias ya se habían formado. Lo que nadie esperaba es que esas galaxias tempranas ya estuvieran sembrando el cosmos con elementos pesados como oxígeno y carbono, mucho antes de lo que predecían los modelos astronómicos. El hallazgo, publicado en Nature Astronomy, procede de observaciones del telescopio espacial James Webb.
Quién lo descubrió
El trabajo lo lidera Yongda Zhu, investigador postdoctoral del Departamento de Astronomía y el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. Zhu centró su investigación en tres galaxias tempranas cuya luz ha viajado durante más de 13.000 millones de años, mostrándolas tal como aparecían unos 500 millones de años después del Big Bang, durante un periodo cósmico conocido como la Época de la Reionización.
Qué se esperaba encontrar, y qué se encontró
Durante décadas, los astrónomos predijeron que el gas alrededor de estas galaxias primigenias debía ser relativamente puro, compuesto casi enteramente por hidrógeno y helio, los dos elementos más simples y abundantes tras el Big Bang. En su lugar, las observaciones revelaron que las galaxias ya estaban sembrando el cosmos con elementos pesados como oxígeno y carbono, mucho antes de lo que los astrónomos esperaban.
Cómo se hizo la medición
El equipo analizó unas 30 horas de espectroscopia infrarroja del Webb, rastreando datos públicos de cientos de galaxias hasta dar con estas tres candidatas idóneas. Los espectros mostraron absorción de carbono, oxígeno y silicio en gas que se movía hacia afuera de las propias galaxias. Las líneas de absorción aparecían desplazadas hacia el azul respecto al corrimiento al rojo de cada galaxia, lo que indica que el gas se alejaba activamente de ellas, transportando oxígeno, carbono y otros elementos pesados hacia el espacio intergaláctico.
No solo producían elementos pesados: también los expulsaban
Según el propio Zhu, observamos que los elementos pesados escapaban de las galaxias muy, muy pronto en la historia cósmica. No solo las galaxias producían estos elementos, sino que también los dispersaban, posiblemente sembrando otras galaxias cercanas. Las huellas químicas de estas galaxias infantiles se parecen mucho a las de galaxias mucho más evolucionadas, de miles de millones de años después, lo que sugiere un proceso de enriquecimiento químico sorprendentemente rápido.
Una implicación inesperada: las primeras estrellas podrían ser indetectables
El hallazgo tiene una consecuencia interesante para la búsqueda de las llamadas estrellas de Población III, las primerísimas estrellas del universo, formadas a partir de gas completamente virgen sin ningún elemento pesado. Si las galaxias ya estaban enriqueciendo su entorno apenas 500 millones de años después del Big Bang, es posible que el gas verdaderamente pristíno, y las estrellas de Población III que se formaron a partir de él, simplemente no duraran el tiempo suficiente como para que puedan observarse hoy. Es decir, el propio proceso de enriquecimiento químico temprano podría explicar por qué estas estrellas, pese a años de búsqueda, siguen sin encontrarse de forma confirmada.
El mecanismo detrás del enriquecimiento
Este proceso, conocido como enriquecimiento químico, ocurre cuando las estrellas masivas agotan su combustible y mueren como supernovas, expulsando al espacio elementos como oxígeno, carbono o hierro fabricados en su interior durante la fusión nuclear. Que esto ocurriera tan pronto implica que las primeras generaciones de estrellas masivas evolucionaron y murieron a una velocidad mucho mayor de la que se asumía.
Qué implica en la práctica
- Para los modelos de formación galactica: las simulaciones del universo temprano tendrán que incorporar un ritmo de enriquecimiento químico muchísimo más rápido del que asumían hasta ahora.
- Para la búsqueda de estrellas de Población III: el hallazgo ofrece una explicación plausible de por qué estas estrellas primigenias siguen eludiendo la detección directa, pese a décadas de búsqueda.
- Para entender la reionización cósmica: conocer cómo y cuándo se distribuyeron los primeros elementos pesados ayuda a reconstruir la cronología completa de cómo el universo pasó de ser opaco a transparente.
Nuestra lectura
Este hallazgo se suma a una tendencia que el Webb viene confirmando una y otra vez desde su lanzamiento: el universo temprano era muchísimo más activo, complejo y químicamente rico de lo que predecían los modelos previos a este telescopio. Cada nueva observación de galaxias de la Época de la Reionización parece empujar hacia atrás el calendario de procesos que antes se asumían mucho más lentos y tardíos, obligando a revisar cómo entendemos los primeros cientos de millones de años de historia cósmica.
Fuentes: Phys.org, EurekAlert! (Universidad de Arizona) y Eurasia Review.