Fuegos estelares

Un reciente estudio ha encontrado que el ritmo al que se formaron las estrellas en el universo primitivo sería entre diez y cien veces más rápido que el actual. En otras palabras: las noches, para un hipotético antepasado nuestro, hace 13.000 millones de años habrían sido un verdadero espectáculo de fuegos artificiales.

La primera generación de estrellas nació e iluminó un oscuro mar gaseoso

En la escala cósmica, una estrella muy azul es siempre una recién nacida

Recientemente hemos publicado un estudio cuyo objetivo es medir el ritmo al cual el universo genera estrellas y cuál ha sido la evolución de este ritmo desde los tiempos más remotos. Nuestros resultados (Astrophysical Journal) basados en imágenes tomadas por el telescopio espacial Hubble, han sorprendido a la mayor parte de los astrónomos: el cosmos, en sus orígenes, parece haber comenzado a formar estrellas en un modo extremadamente activo, sin comparación posible con nuestro entorno.

El modelo de la Gran Explosión es aceptado por la mayoría de los cosmólogos para explicar los primeros instantes del universo. Afirma que el universo comenzó en un estado extremadamente caliente y denso, para ir enfriándose hasta la actualidad. Todos hemos visto fundirse el hielo o evaporarse el agua cuando la temperatura aumenta. Del mismo modo, a temperaturas aún más altas, también las moléculas primero, los átomos después, y las partículas subatómicas al fin, se deshacen en sus constituyentes básicos. Así, en las etapas iniciales del universo la temperatura era tan alta que el universo era una sopa de partículas elementales y radiación de altísima energía. Sólo cuando la temperatura se redujo lo suficiente (centenares de miles de años después) los átomos más simples pudieron formarse. El cosmos se convirtió en un mar de hidrógeno y helio prácticamente puros. La densidad del gas era casi constante, con sólo mínimas irregularidades que hoy podemos observar en la radiación de fondo de microondas (fotografía fósil)

Pero la gravedad es inexorable. Esas irregularidades, más densas que el medio que las rodeaba, se comportaron como semillas y comenzaron a atraer la materia. Se volvieron así más masivas y atrajeron aún más fuertemente el gas de sus cercanías. No conocemos aún el guión completo de qué ocurrió a continuación: quizás este crecimiento produjo agrupaciones de materia del tamaño de una galaxia o aún mayores, en las que en un momento dado el progresivo colapso del gas dió lugar a la formación de las primeras estrellas. Quizás, por el contrario, apareció en primer lugar un sinnúmero de pequeñas agrupaciones, del tamaño de nuestro Sistema Solar, cada una de las cuales dió lugar a un puñado de estrellas. Lo que sí sabemos es que en algún momento de la historia de nuestro universo la primera generación de estrellas nació e iluminó lo que había sido durante miles de años un oscuro mar gaseoso.

¿Dónde están hoy esas primeras estrellas? ¿Tenían las mismas propiedades que las actuales? Es probable que hoy en día ya no existan, dado que las estrellas tienen su propio ciclo de vida y mueren cuando extinguen su combustible. No conocemos con exactitud cuáles fueron sus propiedades debido a que el entorno en el que se formaron (hidrógeno y helio puros) no existe ya en el universo. ¿Por qué? Porque ellas mismas, al morir, expulsaron los materiales de desecho producidos durante su vida: átomos de carbono, oxígeno, fósforo, silicio, hierro,... Gracias a ellos la siguiente generación de estrellas pudo dotarse de planetas como la Tierra, y de complejas reacciones químicas que dieron lugar a la vida. Pero también a causa de este enriquecimiento químico, ninguna estrella de las nuevas generaciones puede considerarse igual a las primeras.

¿A qué ritmo se produjo la creación de las primeras estrellas? ¿Cómo ha evolucionado ese ritmo hasta el presente? Sabemos que hoy en el universo nacen estrellas continuamente: algunas de las regiones más bellas del cielo, como la nebulosa del Águila o la de Orión, son criaderos de estrellas. Sabemos también que en el origen del universo la formación estelar era imposible. El modelo hasta ahora preferido enlazaba estos hechos proponiendo que la formación estelar se inició muy suavemente. La intensidad creció hasta que el universo tuvo aproximadamente un tercio de su edad actual, para luego decaer hasta nuestros días y previsiblemente seguir decayendo en el futuro. Este modelo tenía la ventaja de coincidir a grandes rasgos con otros indicadores de la historia del universo: la densidad de cuásares (objetos extremadamente energéticos) y los modelos de formación de estructuras en el universo presentan una evolución similar, habiendo pasado por períodos mucho más activos en el pasado cercano.

¿Pero cómo se puede medir cuántas estrellas se están formando en una galaxia dada? Existen varios métodos, todos ellos aproximados. El que nosotros hemos utilizado se basa en una bien conocida propiedad de las estrellas: aquéllas más masivas brillan más, son más azules, y viven y mueren mucho más rápido que las ligeras. Nuestro Sol, por ejemplo, de masa intermedia, vivirá unos 10.000 millones de años antes de convertirse en enana blanca. Una estrella menos masiva nace ya enana y vive básicamente tanto tiempo como el propio universo. Una estrella 10 veces más masiva que el Sol es otra historia: una vida muy breve, color en el rango ultravioleta-azul, y muerte en un estallido de supernova. En la escala cósmica, por tanto, una estrella muy azul es siempre una recién nacida. Una galaxia donde se observa luz azul en abundancia es necesariamente rica en estrellas jóvenes, y por tanto, un lugar activo de formación estelar. De modo práctico, es posible medir el flujo de luz azul proviniente de una galaxia, convertirlo en densidad de estrellas masivas, y estimar la cantidad de estrellas recién nacidas.

Pero si nuestro método para medir la tasa de formación estelar no es nuevo, y las imágenes tampoco ¿cómo aparece este nuevo resultado? Permítaseme utilizar un símil. Si sobrevolamos durante la noche una ciudad a baja altura, podremos observar las luces de sus casas y calles. Si el vuelo es suficientemente bajo, veremos con todo detalle la forma de la ciudad, y podremos hacernos una idea adecuada de su tamaño y número de habitantes. Cuando volemos a mayor altura, sin embargo, veremos solamente el centro de la ciudad, más densamente iluminado. Al intentar deducir la población de una ciudad así vista podemos errar en la estimación, pues no sabemos si la mayor parte de la gente vive en ese centro (que vemos con claridad) o en los suburbios, menos iluminados y que no llegamos a distinguir. Nuestras observaciones demuestran que la mayor parte de las estrellas jóvenes no viven en los centros de las galaxias y que, por tanto, las observaciones del universo lejano disponibles hasta ahora (en las que sólo se observan las regiones más brillantes) habían subestimado hasta por un factor 10 la cantidad de estrellas formadas en los primeros brotes.

La rápida aparición de las primeras estrellas recuerda a otro hecho bien conocido: la vida apareció en la Tierra en cuanto tuvo una oportunidad. Tan pronto como la corteza terrestre se solidificó hace aproximadamente 4.000 millones de años, aparecieron los primeros organismos unicelulares, como demuestra el registro fósil. Lo mismo parece haber ocurrido en el universo: tan pronto como la temperatura fue suficientemente baja para permitir los procesos físico-químicos que llevan a la formación de estrellas, el cosmos se convirtió en un estallido de luz y, quién sabe, quizás también de planetas, y de vida.

Alberto Fernández-Soto es astrónomo en el Observatorio de Brera (Italia).