Contradicción entre observación y teoría: las primeras estrellas del universo eran gigantes pesadas, pero no tan masivas como suponían los modelos anteriores. Esto lo demuestran nuevas simulaciones en las que la perturbación gravitacional divide el gas en la cuna estelar temprana. Esto impidió la formación de estrellas muy masivas de hasta 1.000 masas solares, lo que explica por qué hasta ahora no se han encontrado rastros de estrellas tan gigantes.
Cuando las primeras estrellas se iluminaron en el universo hace más de 13.500 millones de años, cambiaron nuestro mundo para siempre. Porque las estrellas del tercer grupo pusieron fin a la "Edad Oscura" y crearon los primeros elementos pesados del universo. Su radiación también provocó la reionización de gases primordiales. La sabiduría convencional sostiene que esta primera generación de estrellas se formó en los llamados halos, grupos de hidrógeno condensado y gas helio acumulados por acumulaciones locales de materia oscura.
Contradicciones en las primeras estrellas.
Pero, ¿cómo eran estas primeras estrellas? ¿Cuanto pesaron? Esto último es crucial para la edad y el tipo de supernova de la estrella. Simulaciones de modelos anteriores indicaron que las estrellas del Grupo III eran verdaderos gigantes, con un peso de entre 100 y 1000 masas solares. Sin embargo, los datos observacionales lo contradicen.
"La observación directa de las estrellas PopIII supera con creces las capacidades incluso de nuestros grandes telescopios", explican Cheng Yao Tang y Qi-Jong Chen de la Academia Sínica de Taiwán. Pero existe evidencia indirecta de que los astrónomos pueden extraer proporciones de elementos para las generaciones estelares posteriores. Las proporciones elementales de estas estrellas muy antiguas y pobres en metales indican que las primeras estrellas tenían pesos que oscilaban entre doce y 60 masas solares. ¿Cómo se puede explicar esta contradicción?
¿Es el desorden el culpable?
Para responder a esta pregunta, Tang y Chen probaron una posible explicación utilizando nuevos modelos de simulación de alta resolución. "Nos centramos en la fragmentación de las nubes primordiales provocada por las turbulencias", explican los astrónomos. "Creemos que los flujos turbulentos en el centro de estos pequeños halos podrían ser la pieza faltante del rompecabezas que explica la discrepancia entre observación y simulación".
Esta turbulencia puede extender los densos centros de las nubes de gas y así impedir o retrasar el colapso completo de la nube. En lugar de una estrella gigante masiva, esto crea varios grupos densos de gas que colapsan en varias estrellas más pequeñas. Para realizar la simulación, los investigadores utilizaron un modelo 3D en el que siguieron la evolución de dos nubes de gas con diferentes masas, compuestas por un 76% de hidrógeno y un 24% de helio.
Múltiples bloques en lugar de una bola de gas gigante
"En nuestro escenario, el gas primordial es atraído por la gravedad hacia el centro de estos pequeños halos, y este proceso crea entonces una perturbación gravitacional", explicaron los astrónomos. Al variar la velocidad y la fuerza de estos flujos, pudieron observar lo que sucedió después de que el gas se enfrió y comprimió.
De hecho, si las cunas estelares primordiales son perturbadas por perturbaciones gravitacionales más fuertes, esto evita el colapso completo de las nubes de gas. "Nuestros resultados muestran que las turbulencias con números de Mach y presión elevados primero dividen las nubes en varios grupos, cada uno con centros densos de aproximadamente 23 a 175 masas solares", afirman los investigadores. Luego, cuando estas masas alcanzan una densidad crítica, colapsan bajo su propia gravedad.
Estrellas gigantes, pero no gigantes extremas
Esto significa que las primeras estrellas también podrían haber tenido una masa mucho menor de la que se suponía según los modelos anteriores. En lugar de una estrella supergigante con una masa de hasta 1.000 masas solares, en las nubes de gas divididas por las turbulencias se formaron varias estrellas con masas que oscilan entre 8 y 59 masas solares. "Este rango de masa coincide aproximadamente con observaciones basadas en estrellas extremadamente pobres en metales", dicen Tang y Chen.
Según los astrónomos, su escenario proporciona una explicación astrofísicamente plausible de por qué los datos de observación indirecta encuentran más evidencia de estrellas grandes, pero no masivas, en el tercer cúmulo. En consecuencia, la perturbación en gran parte de las cunas estelares primordiales podría haber impedido la formación de estrellas gigantes extremas. Sólo en algunos casos aparecieron tales gigantes. (Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society, 2024; doi: 10.1093/mnras/stae764)
Fuente: Academia Sinica, Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA), Taiwán
5 de abril de 2024 – Nadia Podbrigar
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