Fuegos estelares

Un reciente estudio ha encontrado que el ritmo al que se formaron las estrellas en el universo primitivo ser¨ªa entre diez y cien veces m¨¢s r¨¢pido que el actual. En otras palabras: las noches, para un hipot¨¦tico antepasado nuestro, hace 13.000 millones de a?os habr¨ªan sido un verdadero espect¨¢culo de fuegos artificiales.

La primera generaci¨®n de estrellas naci¨® e ilumin¨® un oscuro mar gaseoso

En la escala c¨®smica, una estrella muy azul es siempre una reci¨¦n nacida

Recientemente hemos publicado un estudio cuyo objetivo es medir el ritmo al cual el universo genera estrellas y cu¨¢l ha sido la evoluci¨®n de este ritmo desde los tiempos m¨¢s remotos. Nuestros resultados (Astrophysical Journal) basados en im¨¢genes tomadas por el telescopio espacial Hubble, han sorprendido a la mayor parte de los astr¨®nomos: el cosmos, en sus or¨ªgenes, parece haber comenzado a formar estrellas en un modo extremadamente activo, sin comparaci¨®n posible con nuestro entorno.

El modelo de la Gran Explosi¨®n es aceptado por la mayor¨ªa de los cosm¨®logos para explicar los primeros instantes del universo. Afirma que el universo comenz¨® en un estado extremadamente caliente y denso, para ir enfri¨¢ndose hasta la actualidad. Todos hemos visto fundirse el hielo o evaporarse el agua cuando la temperatura aumenta. Del mismo modo, a temperaturas a¨²n m¨¢s altas, tambi¨¦n las mol¨¦culas primero, los ¨¢tomos despu¨¦s, y las part¨ªculas subat¨®micas al fin, se deshacen en sus constituyentes b¨¢sicos. As¨ª, en las etapas iniciales del universo la temperatura era tan alta que el universo era una sopa de part¨ªculas elementales y radiaci¨®n de alt¨ªsima energ¨ªa. S¨®lo cuando la temperatura se redujo lo suficiente (centenares de miles de a?os despu¨¦s) los ¨¢tomos m¨¢s simples pudieron formarse. El cosmos se convirti¨® en un mar de hidr¨®geno y helio pr¨¢cticamente puros. La densidad del gas era casi constante, con s¨®lo m¨ªnimas irregularidades que hoy podemos observar en la radiaci¨®n de fondo de microondas (fotograf¨ªa f¨®sil)

Pero la gravedad es inexorable. Esas irregularidades, m¨¢s densas que el medio que las rodeaba, se comportaron como semillas y comenzaron a atraer la materia. Se volvieron as¨ª m¨¢s masivas y atrajeron a¨²n m¨¢s fuertemente el gas de sus cercan¨ªas. No conocemos a¨²n el gui¨®n completo de qu¨¦ ocurri¨® a continuaci¨®n: quiz¨¢s este crecimiento produjo agrupaciones de materia del tama?o de una galaxia o a¨²n mayores, en las que en un momento dado el progresivo colapso del gas di¨® lugar a la formaci¨®n de las primeras estrellas. Quiz¨¢s, por el contrario, apareci¨® en primer lugar un sinn¨²mero de peque?as agrupaciones, del tama?o de nuestro Sistema Solar, cada una de las cuales di¨® lugar a un pu?ado de estrellas. Lo que s¨ª sabemos es que en alg¨²n momento de la historia de nuestro universo la primera generaci¨®n de estrellas naci¨® e ilumin¨® lo que hab¨ªa sido durante miles de a?os un oscuro mar gaseoso.

?D¨®nde est¨¢n hoy esas primeras estrellas? ?Ten¨ªan las mismas propiedades que las actuales? Es probable que hoy en d¨ªa ya no existan, dado que las estrellas tienen su propio ciclo de vida y mueren cuando extinguen su combustible. No conocemos con exactitud cu¨¢les fueron sus propiedades debido a que el entorno en el que se formaron (hidr¨®geno y helio puros) no existe ya en el universo. ?Por qu¨¦? Porque ellas mismas, al morir, expulsaron los materiales de desecho producidos durante su vida: ¨¢tomos de carbono, ox¨ªgeno, f¨®sforo, silicio, hierro,... Gracias a ellos la siguiente generaci¨®n de estrellas pudo dotarse de planetas como la Tierra, y de complejas reacciones qu¨ªmicas que dieron lugar a la vida. Pero tambi¨¦n a causa de este enriquecimiento qu¨ªmico, ninguna estrella de las nuevas generaciones puede considerarse igual a las primeras.

?A qu¨¦ ritmo se produjo la creaci¨®n de las primeras estrellas? ?C¨®mo ha evolucionado ese ritmo hasta el presente? Sabemos que hoy en el universo nacen estrellas continuamente: algunas de las regiones m¨¢s bellas del cielo, como la nebulosa del ?guila o la de Ori¨®n, son criaderos de estrellas. Sabemos tambi¨¦n que en el origen del universo la formaci¨®n estelar era imposible. El modelo hasta ahora preferido enlazaba estos hechos proponiendo que la formaci¨®n estelar se inici¨® muy suavemente. La intensidad creci¨® hasta que el universo tuvo aproximadamente un tercio de su edad actual, para luego decaer hasta nuestros d¨ªas y previsiblemente seguir decayendo en el futuro. Este modelo ten¨ªa la ventaja de coincidir a grandes rasgos con otros indicadores de la historia del universo: la densidad de cu¨¢sares (objetos extremadamente energ¨¦ticos) y los modelos de formaci¨®n de estructuras en el universo presentan una evoluci¨®n similar, habiendo pasado por per¨ªodos mucho m¨¢s activos en el pasado cercano.

?Pero c¨®mo se puede medir cu¨¢ntas estrellas se est¨¢n formando en una galaxia dada? Existen varios m¨¦todos, todos ellos aproximados. El que nosotros hemos utilizado se basa en una bien conocida propiedad de las estrellas: aqu¨¦llas m¨¢s masivas brillan m¨¢s, son m¨¢s azules, y viven y mueren mucho m¨¢s r¨¢pido que las ligeras. Nuestro Sol, por ejemplo, de masa intermedia, vivir¨¢ unos 10.000 millones de a?os antes de convertirse en enana blanca. Una estrella menos masiva nace ya enana y vive b¨¢sicamente tanto tiempo como el propio universo. Una estrella 10 veces m¨¢s 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 c¨®smica, por tanto, una estrella muy azul es siempre una reci¨¦n nacida. Una galaxia donde se observa luz azul en abundancia es necesariamente rica en estrellas j¨®venes, y por tanto, un lugar activo de formaci¨®n estelar. De modo pr¨¢ctico, es posible medir el flujo de luz azul proviniente de una galaxia, convertirlo en densidad de estrellas masivas, y estimar la cantidad de estrellas reci¨¦n nacidas.

Pero si nuestro m¨¦todo para medir la tasa de formaci¨®n estelar no es nuevo, y las im¨¢genes tampoco ?c¨®mo aparece este nuevo resultado? Perm¨ªtaseme utilizar un s¨ªmil. 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 tama?o y n¨²mero de habitantes. Cuando volemos a mayor altura, sin embargo, veremos solamente el centro de la ciudad, m¨¢s densamente iluminado. Al intentar deducir la poblaci¨®n de una ciudad as¨ª vista podemos errar en la estimaci¨®n, 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 j¨®venes no viven en los centros de las galaxias y que, por tanto, las observaciones del universo lejano disponibles hasta ahora (en las que s¨®lo se observan las regiones m¨¢s brillantes) hab¨ªan subestimado hasta por un factor 10 la cantidad de estrellas formadas en los primeros brotes.

La r¨¢pida aparici¨®n de las primeras estrellas recuerda a otro hecho bien conocido: la vida apareci¨® en la Tierra en cuanto tuvo una oportunidad. Tan pronto como la corteza terrestre se solidific¨® hace aproximadamente 4.000 millones de a?os, aparecieron los primeros organismos unicelulares, como demuestra el registro f¨®sil. Lo mismo parece haber ocurrido en el universo: tan pronto como la temperatura fue suficientemente baja para permitir los procesos f¨ªsico-qu¨ªmicos que llevan a la formaci¨®n de estrellas, el cosmos se convirti¨® en un estallido de luz y, qui¨¦n sabe, quiz¨¢s tambi¨¦n de planetas, y de vida.

Alberto Fern¨¢ndez-Soto es astr¨®nomo en el Observatorio de Brera (Italia).