No se encontró evidencia de las Estrellas de Primera Generación en el Universo primitivo


Utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA, los astrónomos no han encontrado evidencia de las hipotéticas estrellas de primera generación, llamadas estrellas de la Población III, en un estudio que abarca un periodo cosmológico tan profundo en el tiempo que se remonta a cuando el Universo tenía solo 500 millones de años.

Las primeras estrellas que nacieron después del Big Bang fueron probablemente muy masivas, con masas entre 60 y 300 veces mayores que la masa del Sol, y de corta duración, típicamente 2 millones de años.

Las estrellas de la población I son estrellas jóvenes comunes en los discos galácticos y presentan una alta metalicidad. Esto significa que contienen cantidades significativas de elementos más pesados que el helio, llamados metales por los astrónomos.

Según los modelos cosmológicos actuales, la materia existente tras el Big Bang era sobre todo hidrógeno y helio, por tanto las estrellas más antiguas no deberían tener metalicidad ninguna. Sin embargo la población II, aun siendo la más antigua observada, presenta cierta metalicidad. Por eso se ha propuesto una tercera categoría en la clasificación, la población III, que correspondería a la generación anterior a la población II y explicaría el origen de la metalicidad de esta última.

Se ha informado de posibles huellas de la presencia de estrellas de población III, basadas en la observación de la ionización que produjeron en el helio y en el hidrógeno del universo temprano.

Según los modelos estelares las estrellas de la población III deben haber sido hipergigantes azules extremadamente grandes, calientes y, por tanto, de corta vida, con masas del orden de varios cientos de veces la del Sol.​ Entre estas estrellas están las quasi-estrellas, formadas a partir de agujeros negros, muchos más grandes y masivas que el Sol.

A diferencia de las estrellas de hoy, estas estrellas de la Población III se habrían formado únicamente con los pocos elementos primordiales disponibles (hidrógeno, helio y litio), forjados por primera vez en el crisol hirviendo del Big Bang. Estos tres niveles comprenderían las estrellas de primera generación, sin embargo, la existencia de la población III es meramente teórica.

El estudio
La astrónoma de la ESA, Rachana Bhatawdekar y sus colegas de investigación se propusieron estudiar estos objetos en el Universo temprano, desde aproximadamente 500 millones hasta mil millones de años después del Big Bang.

Utilizaron datos del programa Hubble Frontier Fields para estudiar un aglomerado galáctico, llamado MACS J0416.1-2403 y su campo paralelo.

También utilizaron datos adicionales del telescopio espacial Spitzer de la NASA y Very Large Telescope de ESO.

"No encontramos evidencia de estas estrellas de la Población III en este intervalo de tiempo cósmico", dijo la Dra. Bhatawdekar.

Crédito de la imagen: NASA / ESA / HST Frontier Fields Team / STScI.

El programa Hubble Frontier Fields produjo las observaciones más profundas jamás realizadas de los aglomerados galácticos y las galaxias ubicadas detrás de ellos, que fueron magnificadas por el efecto de lente gravitacional.

Las masas de los aglomerados galácticos en primer plano son lo suficientemente grandes como para doblar y magnificar la luz de los objetos más distantes detrás de ellos. Esto le permite al Hubble usar estas "lupas cósmicas" para estudiar objetos que están más allá de sus capacidades operativas nominales.

La Dra. Bhatawdekar y sus colegas desarrollaron una nueva técnica que elimina la luz de las galaxias brillantes en primer plano que constituyen estas lentes gravitacionales.

Esto les permitió descubrir galaxias con masas más bajas nunca antes observadas con el Hubble, a una distancia correspondiente a cuando el Universo tenía menos de mil millones de años.

En este punto en el tiempo cósmico, la falta de evidencia para las estrellas de la Población III y la identificación de muchas galaxias de baja masa respaldan la sugerencia de que estas galaxias son los candidatos más probables de la reionización del Universo.

Este período de reionización en el Universo temprano es cuando el medio intergaláctico neutral fue ionizado por las primeras estrellas y galaxias.

"Estos resultados tienen profundas consecuencias astrofísicas, ya que muestran que las galaxias deben haberse formado mucho antes de lo que pensábamos", dijo la Dra. Bhatawdekar.

"Esto también respalda firmemente la idea de que las galaxias débiles / de baja masa en el Universo temprano son responsables de la reionización".

Crédito de la imagen de portada: NASA / ESA / Hubble / M. Kornmesser.

Referencia del documento científico:
R. Bhatawdekar & C. Conselice. 2020. Studying the high redshift Universe combining HST, JWST and the power of gravitational lensing. AAS 236, abstract # 307.03

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