¿Cómo se formaron las primeras estrellas del universo?

Cien millones de años después del Big Bang, aparecieron las primeras estrellas, poniendo fin a la era oscura del Universo. Explorando esta noche de tiempo, los cosmólogos han reconstruido el retrato de estas estrellas primordiales, monstruos exóticos comparados con los modestos soles contemporáneos.

¿Cómo se formaron las primeras estrellas del universo?

¿El huevo o la gallina? Cualquier disciplina científica que aborde el “misterio de los orígenes” se enfrenta a su propia versión de esta vieja cuestión, y la astrofísica no es una excepción. Los astrónomos han sabido desde hace mucho tiempo que las estrellas nacen en un entorno profundamente modelado por las estrellas de la generación anterior.

Desde que la teoría del Big Bang se ha establecido, entendemos que el Universo no siempre ha existido y surge inevitablemente una pregunta: ¿cómo aparecieron las primeras estrellas? Cuando el Universo tenía unos 400.000 años de antigüedad, el plasma que lo componía se convirtió en un gas neutral y transparente al enfriarse. La radiación que encerró se escapó y, como no había otra fuente de luz, el cielo se volvió completamente negro.

Hoy, los cielos nocturnos llenos de estrellas muestran que la era oscura de la historia universal ha terminado hace mucho tiempo. De hecho, la observación de estrellas muy lejanas, cuya luz fue emitida cuando el Universo era sólo el diez por ciento de su edad actual, muestra que a partir de ese momento, el espacio se llenó de objetos brillantes. La edad oscura es una cáscara espacial y temporal de mil millones de años-luz de espesor negro, el telón de fondo de la noche de la que salieron las primeras estrellas. Por supuesto, los astrofísicos no pueden “ver” ninguno de los eventos que tuvieron lugar allí.

Recientemente, utilizando técnicas de simulación numérica, los cosmólogos han modelado el nacimiento de las primeras estrellas utilizando las fluctuaciones de densidad del Big Bang. Además, los astrónomos han trazado la historia del Universo observando quasares distantes, testigos de los últimos días de las edades oscuras.

Gracias a estos resultados, tenemos una mejor idea de la naturaleza de las primeras estrellas. Como los animales del bestiario prehistórico, las primeras estrellas parecen monstruos exóticos comparados con los modestos soles que vemos hoy en día. Las primeras estrellas fueron cientos de veces más masivas que sus descendientes actuales, miles de veces más brillantes, y su nacimiento fue un evento que sacudió al Universo entero.

El fin de las edades oscuras

Calentaron e ionizaron la materia que los rodeaba, produjeron y dispersaron los primeros elementos pesados que algún día formarían planetas. El colapso de algunos de ellos puede haber creado gigantescos agujeros negros, que son el corazón de las galaxias contemporáneas. En resumen, estos dinosaurios cósmicos han hecho posible el surgimiento del Universo que hoy conocemos, donde la materia se organiza en diferentes escalas.

Los cosmólogos obtienen información importante de la radiación de fondo cosmológico emitida 400.000 años después del Big Bang. Esta radiación fósil es una imagen del Universo tal como era en el momento en que el plasma caliente que lo llenaba se volvió neutro.

La uniformidad de esta radiación de fondo sugiere que la materia fue distribuida de una manera muy homogénea, y que tuvo que permanecer así durante millones de años. Sin embargo, hay fluctuaciones muy pequeñas en la temperatura del plasma (una parte por 100.000) que indican la presencia de “terrones” en la sopa primordial.

Se cree que a medida que el Universo continuó expandiéndose, estos bultos han tendido a condensarse bajo su propio peso, formando gradualmente estructuras unidas por la gravitación. El Universo tomó la apariencia de una “espuma” de burbujas vacías cuyas uniones formaban una red de filamentos gigantescos (ver Figura 1). En los nodos de esta red, donde la densidad del material era mayor, aparecieron los primeros sistemas capaces de producir estrellas: las protogalaxias. Más tarde, estas protogalaxias se fusionaron para formar galaxias, que hoy en día todavía forman cúmulos de galaxias.