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Cuándo y Cómo se formaron las Primeras Estrellas del Universo

Creada07-11-2016
Modificada18-05-2017
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Diciembre1

Reseña del Documental Amanecer Cósmico: El Verdadero Momento de la Creación de la serie Horizon

El Amanecer Cósmico
El Auténtico Momento de la Creación

El Big Bang dio origen a un Universo monótono en el que sólo existía gas Hidrógeno en una sopa insulsa.

El Auténtico Momento de la Creación ocurrió 100 Ma más tarde, cuando de ese gas empezaron a formarse las primeras estrellas.

La Materia del Universo Primigenio

Tras el Big Bang, toda la materia del Universo era Hidrógeno muy caliente y condensado en una nube de gas incandescente y luminosa. Conforme el Universo se fue expandiendo el gas se fue enfriando hasta que su baja temperatura hizo que dejara de brillar.

Comenzó La Edad Oscura, una época en la que no existía la luz.

La estrella que mejor conocemos es el Sol, que existe desde hace 4'6 Ga, un tercio de la edad del Universo. Analizando su espectro luminoso podemos identificar los elementos que contiene y que emiten esa luz. Gracias a ello sabemos que en su interior hay Hierro.

Pero en el principio del Universo el Hierro y la totalidad de los elementos pesados no existían. Las primeras estrellas se formaron sin elementos pesados y estaban compuestas sólo de Hidrógeno. En su interior se fusionaron los átomos de Hidrógeno para formar el resto de elementos hasta llegar al Hierro. Y cuando las estrellas más grandes llegaban a agotar su combustible explotaban en forma de Supernova. Y era entonces, en la violenta explosión subsiguiente, cuando los elementos pesados se fusionaban para formar los que eran más pesados que el Hierro, como el plomo y el oro.

Si queremos localizar alguna de las estrellas más antiguas debemos descomponer su luz y determinar qué porcentaje de Hierro o elementos pesados contiene.

La Estrella más Antigua

El Observatorio SkyMapper examina todas las noches una gran cantidad de estrellas, analiza automáticamente sus espectros y las clasifica según la cantidad de Hierro que contienen. De esa forma intenta encontrar las estrellas más antiguas.

En 2.013 localizó una estrella en la que la cantidad de Hierro era inapreciable. Era, fundamentalmente, de Hidrógeno con pequeñas cantidades de Carbono, pero su espectro no indicaba presencia de Hierro, lo que significaba que debió formarse cuando el Hierro aún era muy escaso en el Universo.

Existe desde hace 13.600 Ma, apenas 200 Ma dBB, y sorprendentemente no es de primera, sino de segunda generación. Se formó con los restos de la explosión de otras estrellas anteriores.

Me gustaría que hubieran dicho cómo han calculado la edad de la estrella. Si lo han hecho a partir del Corrimiento al Rojo, he observado que en los cálculos que se realizan para averiguar la distancia y la edad de las estrellas los resultados difieren bastante de los cálculos que yo hago.

Ver Calculadora del Corrimiento al Rojo.

La Génesis de las Primeras Estrellas

Durante la Edad Oscura la densidad del Universo era muy tenue. El astrónomo Volker Bromm afirma que en una esfera del tamaño de una persona habría un único átomo de Hidrógeno.

¿¿Seguro?? Se estima que la densidad actual del Universo es de 5 átomos de H por metro cúbico. Si en la Edad Oscura el Universo era más pequeño que hoy en día (según todas las teorías, desde el Big Bang ha ido creciendo) no es posible que la densidad fuera menor que la actual.

O ¿es que se supone que más adelante se creó más Hidrógeno?

Justo a continuación la narradora (en la versión española) afirma

Si un átomo de Hidrógeno tuviese el tamaño de una pelota de Ping Pong, el siguiente tendría el tamaño de la mitad de la Luna.

¿¿¿ ??? Supongo que es un error de traducción, y en el original se afirmaría que el siguiente estaría a la mitad de la distancia a la Luna, cosa que en realidad sigue contradiciendo a la idea de que la Densidad del Universo era mucho mayor en esa época. Hoy en día se estima que a gran escala existen unos cinco átomos de H por m³. Si un átomo tuviese el tamaño de una pelota de Ping Pong el más cercano estaría a unos 90.000 Km, la cuarta parte de la distancia a la Luna. Pero sigo insistiendo, se supone que en aquella época el Universo era más pequeño y por consiguiente más denso.

Bromm ha programado un superordenador con las leyes conocidas de la física para recrear virtualmente la forma en que la Gravedad podría reunir trillones de átomos de Hidrógeno para crear una estrella, pero el superordenador ha revelado un grave inconveniente. Conforme los átomos de Hidrógeno se concentran aumenta su temperatura y eso hace que los átomos vibren y se repelan contrarrestando la fuerza de Gravedad que los intenta unir.

En posteriores generaciones de estrellas existen átomos de elementos pesados que ayudan a la cohesión de los átomos en un cuerpo masivo y es más fácil que se formen estrellas, pero en las de primera generación, cuando aún no había elementos pesados, la fuerza de repulsión impedía, según el modelo simulado, que se formaran estrellas de Hidrógeno.

La respuesta sugerida por Bromm es que los átomos de Hidrógeno no estaban separados en solitario sino que por colisiones fortuitas se habían combinado en Moléculas de H2. Esas moléculas son capaces de absorber una cierta cantidad de calor sin llegar a vibrar tanto como lo harían dos átomos sueltos, y eso permitió que la Gravedad venciera a la Repulsión provocada por el calor.

Corregida la simulación, el ordenador pudo calcular y mostrar la forma en que las moléculas de H2 se combinaron para formar las primeras estrellas, y reveló que éstas se formaron con tamaños gigantescos, cien veces más grandes que el Sol.

¿Cien veces más grandes en Tamaño o en Masa? ¿O en ambas?

Las estrellas tan masivas son muy diferentes al Sol. Son más violentas y hasta 20 veces más calientes, emitiendo una luz azul y ultravioleta 10 millones de veces más intensa que la del Sol.

El mismo proceso que creó la primera estrella se repitió por todo el Universo y en pocos millones de años se formaron todas las estrellas de primera generación que llegaron a existir tan sólo 100 Ma después del Big Bang.

Aquello fue El Amanecer Cósmico, cuando se encendieron Las Primeras Estrellas del Universo.

La Creación de los Elementos

En aquellas primeras y gigantescas estrellas los átomos de Hidrógeno se fusionaron para formar Helio, el Helio formó Carbono, el Carbono formó Oxígeno y Silicio y a través de diversos procesos los demás elementos pesados hasta el Hierro.

Eran estrellas tan grandes que todo este proceso lo realizaban con mucha rapidez, en muy pocos millones de años, y cuando en su interior se acumulaba una cierta cantidad de Hierro estallaban en forma de Hipernova. La explosión era tan intensa que, en los pocos segundos que duraba, muchos átomos pesados se fusionaron para formar los demás elementos pesados, más allá del Hierro.

Y todos esos elementos fueron esparcidos por el espacio formando nubes de gas y polvo de los que más adelante se formarían las siguientes generaciones de estrellas.

Y tras mil generaciones se formó nuestro Sol.

¿¿Mil Generaciones?? Hasta ahora pensaba que el Sol era una estrella de tercera o cuarta generación.

Teniendo en cuenta que, aunque la primera generación viviera sólo durante 5 Ma, cada generación sería más longeva que la anterior, y el Sol se formó 9.200 Ma dBB y tiene una vida estimada de 12.000 Ma, aplicando una progresión más o menos lógica es imposible que pasaran 1.000 generaciones hasta la formación del Sol.

La Reionización del Hidrógeno

Aunque apenas 100 Ma dBB se formaron las primeras estrellas, y posteriormente se producían de forma continua gigantescas explosiones y nuevas generaciones de estrellas, el Universo seguía estando lleno de gran cantidad de niebla de Hidrógeno atómico, y durante varios cientos de Ma siguió siendo opaco.

Según Tom Abel, la radiación ultravioleta de las primeras estrellas era tan intensa que arrancaba los electrones de los átomos de Hidrógeno cercanos convirtiéndolos en iones de H+ que sí es transparente, con lo que cada estrella creaba una esfera transparente a su alrededor que con las siguientes generaciones de estrellas se iban haciendo cada vez más grandes hasta solaparse entre sí.

Hasta que al final de esta etapa de Reionización todo el Universo se hizo transparente.

Pero cuando esto ocurrió todas la primeras estrellas ya habían estallado y habían aparecido nuevas estrellas de segunda, tercera y posteriores generaciones, por lo que las primeras estrellas de Hidrógeno no pueden ni podrán ser vistas por muy lejos que llegue nuestra visión.

Sintonizando Radio Hidrógeno

Tal vez podamos captar las emisiones de radio de las burbujas de Hidrógeno ionizado que se crearon en torno a las primeras estrellas.

El radioastrónomo Steven Tingay intenta captar esas señales de radio que, por desgracia, nos llegan en la misma banda que se usa en las transmisiones de radio de FM, Televisión y redes móviles, por lo que para no sufrir interferencias tiene que hacerlo desde zonas desérticas del corazón de Australia.

En el Observatorio Radioastronómico de Murchison ha instalado gran cantidad de precisas antenas en una extensión de más de un Km², y espera instalar más hasta cubrir una extensión diez veces mayor. Piensa que así conseguirá captar las emisiones de los bordes de las burbujas de Hidrógeno transparente para poder hacer un mapa de las mismas e indirectamente de las primeras estrellas del Universo.

En mi opinión

Me hubiera gustado un poco más de cuidado con la traducción, y más concreción en las fechas de las diversas fases que se mencionan.

Según tengo entendido tras el Big Bang hubo 380.000 años de Hidrógeno incandescente. Tras esa época el Hidrógeno se enfrió y dejó de emitir luz, pero ¿siguió siendo opaco?

¿Se puede precisar en qué momento se formaron las primeras estrellas, qué vida media tenían, la vida media de las sucesivas generaciones y una estimación de cuántas generaciones de estrellas hubo hasta el nacimiento de nuestro Sol? No me creo que fueran mil.

En el documental se afirma que el SkyMaper localizó una estrella 200 Ma dBB, pero más adelante afirma que el Universo siguió siendo opaco hasta varios cientos de Ma más tarde. Entonces ¿cómo hemos podido verla? Tal vez sea debido a que la estrella no era tan antigua como se ha calculado. ¿Estará equivocado el método de cálculo de la edad de una estrella a partir del corrimiento al rojo? ¿O se tratará de otro error de traducción?

Mi recomendación: un documental interesante pero estresante, varias de las cosas que se dicen son falsas, no se si por error del original o de la traducción. Vedlo, pero no os fiéis de nada de lo que se diga hasta que podáis confirmarlo en medios más serios que este.

Ver Ficha de Amanecer Cósmico: El Verdadero Momento de la Creación de la serie Horizon

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