Entre los miles de millones de estrellas que pueblan el cosmos, algunas conservan la firma química de tiempos antiguos, mucho antes de que los elementos pesados se formaran en abundancia.
Las primeras estrellas nacidas después del Big Bang estaban compuestas casi exclusivamente de hidrógeno y helio, con trazas ínfimas de litio. Estos gigantes primordiales, al final de su vida, liberaron al espacio los primeros elementos más pesados creados por fusión nuclear en sus núcleos. Este material sirvió luego como materia prima para las generaciones estelares siguientes, cada una enriqueciendo progresivamente el medio interestelar.
Hoy en día, la mayoría de las estrellas contienen una mezcla de elementos, pero algunas, extremadamente raras, preservan aún la composición química de los orígenes.
Un equipo dirigido por Alexander Ji de la Universidad de Chicago ha identificado lo que podría ser la estrella más primitiva jamás descubierta. Nombrada SDSS J0715-7334, esta gigante roja presenta un contenido en metales, es decir, en elementos más pesados que el helio, extraordinariamente bajo. Su metalicidad total, designada por la letra Z, es inferior a 7,8 × 10⁻⁷, lo que representa aproximadamente dos veces menos que el récord anterior mantenido por la estrella J1029+1729. Este valor es también más de diez veces inferior al de la estrella más pobre en hierro conocida hasta entonces.
Lo que hace este descubrimiento particularmente notable es la ausencia notable de carbono en su composición. A diferencia de otras estrellas muy pobres en metales que generalmente conservan cantidades significativas de carbono, SDSS J0715-7334 muestra un perfil químico excepcionalmente despojado. Los investigadores estiman que esta configuración corresponde a la firma de una estrella de Población III, esas primeras estrellas del Universo que nunca incorporaron elementos pesados.
El análisis cinemático realizado a partir de los datos del satélite Gaia ha permitido reconstruir la historia agitada de esta estrella. Los investigadores han determinado que proviene inicialmente de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana satélite de la Vía Láctea, antes de haber sido capturada por nuestra galaxia. Su órbita distante en el halo galáctico ha preservado su superficie de toda contaminación por el medio interestelar, ofreciendo a los astrónomos una muestra particularmente pura para sus estudios.
Trayectoria orbital reconstituida de la estrella primitiva (SDSS J0715-7334) en el halo galáctico con la de la Gran Nube de Magallanes (LMC).
Crédito: Misión Gaia/ESA
Este descubrimiento también ilumina los mecanismos de enfriamiento de las nubes de gas primordiales. SDSS J0715-7334 representa solamente la segunda estrella identificada por debajo del umbral de enfriamiento por estructura fina, un fenómeno donde los elementos pesados facilitan el enfriamiento de las nubes gaseosas. Los trabajos sugieren que el enfriamiento por polvo cósmico es necesario para permitir la formación de estrellas con tan baja metalicidad, un proceso que podría ocurrir en otras galaxias más allá de la nuestra.
Las estrellas de Población III
Las estrellas de Población III representan la primera generación de estrellas formadas después del Big Bang. Se constituyeron exclusivamente a partir de los elementos primordiales: hidrógeno, helio y trazas de litio. Estos gigantes cósmicos, mucho más masivos que las estrellas actuales, jugaron un papel fundamental en el enriquecimiento químico del Universo.
Su corta duración de vida, del orden de algunos millones de años solamente, terminó con explosiones cataclísmicas en supernovas. Estos eventos violentos dispersaron en el espacio los primeros elementos pesados sintetizados en sus núcleos, como el carbono, el oxígeno y el hierro. Este material recién formado sirvió luego de base para las generaciones estelares siguientes.
La detección directa de las estrellas de Población III sigue siendo un objetivo mayor de la astronomía moderna. Su estudio permitiría comprender las condiciones físicas reinantes en el Universo joven y los mecanismos de formación de las primeras estructuras cósmicas. Las estrellas extremadamente pobres en metales como SDSS J0715-7334 ofrecen pistas preciosas sobre estos ancestros estelares desaparecidos.
Los modelos teóricos predicen que estas estrellas primordiales podían alcanzar masas considerables, hasta varios centenares de veces la del Sol. Su radiación intensa probablemente contribuyó a la reionización del Universo, un proceso crucial en la historia cósmica que transformó el gas neutro en plasma ionizado.
La metalicidad estelar
La metalicidad de una estrella mide su contenido en elementos más pesados que el helio, comúnmente llamados metales en astronomía. Esta magnitud, a menudo notada Z, representa la fracción de masa estelar constituida por estos elementos. Sirve de indicador precioso para datar las estrellas y reconstruir la historia química de nuestra galaxia.
Los astrónomos determinan la metalicidad analizando el espectro luminoso de las estrellas. Cada elemento químico absorbe o emite luz a longitudes de onda específicas, creando una firma espectral única. Midiendo la intensidad de estas rayas espectrales, los investigadores pueden cuantificar precisamente la abundancia de los diferentes elementos presentes en la atmósfera estelar.
Nuestro Sol, con una metalicidad de aproximadamente 0,02, representa una estrella de población relativamente joven y enriquecida. En comparación, las estrellas más antiguas de la Vía Láctea presentan metalicidades que pueden bajar hasta 10⁻⁶, es decir, una millonésima parte de la del Sol. Estos valores extremadamente bajos testimonian su formación en un Universo aún pobre en elementos pesados.
El estudio de las estrellas con muy baja metalicidad permite reconstituir la evolución química de la galaxia. Cada generación estelar enriquece el medio interestelar, creando una progresión cronológica visible en la composición química de las estrellas. Este enfoque, similar al estudio de las capas geológicas, ofrece una ventana única sobre la historia cósmica.
Fuente: arXiv