?Existen las estrellas oscuras?

El fil¨®sofo de la ciencia Karl Popper estableci¨® un criterio simple para probar la validez de una teor¨ªa cient¨ªfica: que sea posible comprobarla observacionalmente. Aunque en algunos aspectos de la ciencia moderna esta premisa puede considerarse demasiado estricta, en otros es lo ¨²nico que tenemos y la raz¨®n ¨²ltima por la que construimos instrumentaci¨®n cient¨ªfica. En astrof¨ªsica, poder observar la naturaleza de la realidad requiere montar grandes instalaciones en la Tierra o lanzar telescopios espaciales.

Si nos dejamos por un momento llevar por la emoci¨®n, uno de los objetivos m¨¢s hermosos para los que hemos mandado tan lejos un telescopio tan grande como el James Webb (JWST) es poder ver la formaci¨®n de las primeras estrellas en el universo. Y para quien no lo tenga claro todav¨ªa, las estrellas no siempre han estado ah¨ª, tuvieron que hacerse, como los garbanzos.

A las primeras estrellas las llamamos de poblaci¨®n III desde que nos dimos cuenta, hace tiempo ya, del hecho que tuvieron que formarse pronto, que pudieron ser muy masivas y que ten¨ªan que estar hechas del gas de composici¨®n pr¨ªstino del universo primitivo. Lo que esto significa es que no pod¨ªan tener nada de lo que hay en la tabla peri¨®dica m¨¢s all¨¢ de lo fundamental: hidr¨®geno y helio que son los elementos que no se forman en el interior de las estrellas. Podr¨ªamos haberlas llamado como lo que realmente fueron: las primeras estrellas que trajeron luz al cosmos, pero aparte de quedarnos largo, era bonito, as¨ª que se quedaron con estrellas de poblaci¨®n III.

Las primeras estrellas se formaron como todas las dem¨¢s, en nubes inmensas de gas por efecto de la gravedad y pudieron ser tan grandes como cientos, incluso miles de veces m¨¢s masivas que el Sol. Pero para poder verlas y as¨ª probar nuestras teor¨ªas cient¨ªficas tenemos que mirar atr¨¢s en el tiempo ?Cu¨¢l es el problema entonces? Si eran grandes y brillantes, ?Por qu¨¦ no las hemos encontrado todav¨ªa?

Uno de los motivos principales es que al ser tan grandes debieron vivir poco tiempo extinguiendo su combustible de fusi¨®n nuclear muy r¨¢pido y explotando como supernovas en unos pocos millones de a?os. Y la segunda y principal raz¨®n es que no ten¨ªamos la instrumentaci¨®n que nos permit¨ªa verlas en el universo joven porque para encontrarlas, entre otras cosas, se construy¨® el ¡°James Webb¡±. De hecho a principios de este a?o dos equipos reportaron, no la detecci¨®n definitiva, sino evidencia de la posible existencia de estas primeras estrellas en el halo de una galaxia masiva remota y en una peque?a galaxia que pudiera estar compuesta por estrellas que nacieron pronto en el cosmos, aunque esto todav¨ªa no est¨¢ del todo claro porque pueden ser tambi¨¦n otras cosas.

Pero aunque las primeras estrellas sean dif¨ªciles de encontrar, su existencia a grandes rasgos no se cuestiona. Las que s¨ª son m¨¢s controvertidas son las estrellas oscuras, candidatas tambi¨¦n a ser las primeras pero con ciertas diferencias. Ve¨¢moslo.

Todas las estrellas obtienen su energ¨ªa de la fusi¨®n nuclear. En su interior hay temperaturas tan altas y la materia est¨¢ a presiones tan grandes que los ¨¢tomos pueden fundirse, liberando la energ¨ªa necesaria para que no colapsen sobre s¨ª mismas por efecto de la gravedad, o liberando demasiada energ¨ªa y rompi¨¦ndose, lo que les pudo ocurrir a las primeras.

En las estrellas oscuras la idea es la misma, pero a?adiendo apenas un ingrediente adicional y eso es lo que las hace muy diferentes. La clave es que, hipot¨¦ticamente, se pudieron haber formado al principio de todo cuando el universo era muy denso y conten¨ªa una cantidad peque?a pero suficiente de materia oscura en la forma de WIMPs (siglas en ingl¨¦s de part¨ªculas masivas de interacci¨®n d¨¦bil) uno de los candidatos m¨¢s prometedores a materia oscura, aunque existen axiones y candidatos m¨¢s ex¨®ticos como neutrones est¨¦riles y part¨ªculas supersim¨¦tricas.

Una de las propiedades de esas part¨ªculas hipot¨¦ticas llamadas WIMPs es que se pueden aniquilar entre ellas, parecen humanos, y en el proceso producen pura energ¨ªa. Ese es el truco para mantener a raya la gravedad en estas estrellas, tendr¨ªan la cantidad suficiente de estas part¨ªculas para que la presi¨®n externa la proporcione su aniquilaci¨®n sin necesitar la fusi¨®n nuclear. Aunque tan solo un 0.1 por ciento de la masa total de la estrella estar¨ªa en forma de WIMPS, ya ser¨ªa suficiente para mantener la estrella oscura brillando durante millones de a?os.

Las estrellas oscuras para existir necesitan que las WIMPS se aniquilen entre ellas, y eso solo es posible en el universo primitivo cuando ten¨ªan que compartir espacios peque?os porque el espacio-tiempo en s¨ª todav¨ªa se estaba haciendo.

Estas estrellas son diferentes, no ser¨ªan compactas sino versiones gigantes poco densas, fr¨ªas (10.000 K) y brillantes de las estrellas ¡°normales¡±. Estar¨ªan tan hinchadas que podr¨ªan tener un tama?o que llegar¨ªa dos veces m¨¢s all¨¢ de la ¨®rbita de J¨²piter, o sea 10 veces la ¨®rbita de la Tierra en el sistema solar. Y adem¨¢s podr¨ªan tener 10 millones de veces la masa del Sol. Ser¨ªan relativamente fr¨ªas y extremadamente brillantes, una combinaci¨®n que es dif¨ªcil de explicar con otro tipo de objetos.

Recientemente, se han identificado por el JWST tres galaxias candidatas a tener un gran desplazamiento al rojo y que han sido interpretadas como posibles estrellas oscuras supermasivas. Tendremos que esperar a tener m¨¢s datos tanto de lo m¨¢s grande como de lo m¨¢s peque?o. En este momento, el candidato m¨¢s probable para una WIMP de materia oscura es una part¨ªcula llamada neutralino. El neutralino es una de las part¨ªculas cuya existencia predice la teor¨ªa de la supersimetr¨ªa y que intenta unir las cuatro fuerzas naturales bajo un ¨²nico paradigma.

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico, sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, y Eva Villaver, profesora de investigaci¨®n en el Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias.

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