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Lo que el descubrimiento de la estrella Eärendel nos enseña sobre los primeros instantes del universo

Imagen de la galaxia que albergó a la estrella primordial Eärendel, cuya luz ha sido detectada por el telescopio espacial Hubble tras viajar 12.900 millones de años. Wikimedia Commons / NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI)

Eärendel es la estrella individual más lejana jamás observada hasta la fecha. Debe su nombre al poema escrito por Tolkien en 1914, El viaje de Eärendel, inspirado en la mitología anglosajona. Pero, ¿qué puede enseñarnos una estrella que ya ni siquiera existe sobre la vida y muerte de sus congéneres? ¿Y sobre el Big Bang?

Según los cálculos de los autores de este importante descubrimiento, publicado en la revista Nature, Eärendel tendría 50 veces la masa del Sol y se habría formado 900 millones de años después del Big Bang. En realidad, supone un tiempo pequeño en comparación con la edad del universo, de unos 13 800 millones de años.

Esto implicaría que la luz emitida por esta estrella tan antigua, recogida por el telescopio espacial Hubble), habría viajado durante unos 12 800 millones de años. En ese tiempo Eärendel ha dejado de existir: explotó en algún momento del pasado, cuando agotó su combustible estelar.

Ubicación de la estrella Eärendel en el Universo profundo.

Antes de adentrarnos en las posibles consecuencias de este descubrimiento vamos a revisar algunos aspectos básicos sobre la vida y evolución de una estrella.

Evolución estelar

Podemos imaginar la vida de una estrella como la de un ser vivo: a medida que envejecen, sufren cambios en su estructura y composición.

Una estrella se origina cuando las nubes moleculares (que son regiones galácticas abundantes en hidrógeno a muy baja temperatura) colapsan debido a su propia atracción gravitatoria, fragmentándose en trozos de menor tamaño.

Nube molecular en la constelación de Tauro. ESA.

Cuando la densidad y la temperatura de estos fragmentos es suficientemente alta, se desencadena una reacción de fusión nuclear. Esto libera una cantidad ingente de radiación, además de transformar el hidrógeno en helio.

En la secuencia principal, la gravedad de la propia estrella (que tiende a comprimirla) es compensada por la presión de la radiación.

Mientras la estrella posea suficiente cantidad de hidrógeno para poder quemar, la presión de la radiación emitida podrá compensar la gravedad de la propia estrella, que tiende a contraerla. Nos encontramos entonces en la etapa más larga de la vida de una estrella, la denominada secuencia principal. Esta supone el 90 % de toda su existencia.

A medida que la estrella va agotando su reserva de hidrógeno, esta genera nuevos elementos químicos en su interior (carbono, neón y oxígeno, entre otros). La estrella envejece y presenta cambios en su composición y tamaño. Así llega a transformarse en estrella enana, gigante o supergigante.

La siguiente animación muestra una comparativa del tamaño de diferentes estrellas con distintas etapas en su evolución estelar.

Comparativa del tamaño de diferentes estrellas.

Su desenlace final es también diferente, dependiendo de la masa: las estrellas más masivas explotarán en forma de supernovas (dejando tras de si una estrella de neutrones o un agujero negro) mientras que las de menor masa se convertirán en enanas blancas.

¿Cómo ha sido detectada la estrella Eärendel?

Eärendel completó su evolución estelar y, por lo tanto, no existe en la actualidad.

Pero, ¿cómo ha podido detectarse una estrella individual tan lejana de nosotros y tan cercana a los primeros instantes del universo?

Hasta la fecha, las observaciones astronómicas de objetos tan lejanos correspondían a agrupaciones de estrellas (cúmulos estelares) incrustados en las galaxias más primitivas. Es decir, no se podía distinguir estrellas individuales a tan enormes distancias.

Sin embargo, existe la posibilidad, como ha sido el caso con Eärendel, de
que la luz emitida por esta estrella tan lejana se encuentre en su camino hacia la Tierra con objetos muy masivos (como, por ejemplo, cúmulos de galaxias). Como consecuencia, la luz procedente de Eärendel ha sido amplificada y distorsionada por estos objetos hasta ser finalmente detectada por el telescopio espacial Hubble.

Este fenómeno recibe el nombre de lente gravitacional y es un efecto derivado de la teoría general de la relatividad de Einstein. El proceso equivalente en óptica consistiría en la deformación de la imagen de un objeto cuando miramos a través de una lente.

Esquema representativo del efecto lente gravitacional.

La siguiente simulación explica este fenómeno en detalle. Un objeto muy masivo (por ejemplo, un agujero negro) se mueve de izquierda a derecha en la figura, delante de un fondo formado por un cúmulo galáctico.

La luz procedente de estas galaxias sufre el efecto de lente gravitacional cuando pasa cerca del agujero negro y la imagen que observamos se percibe distorsionada y amplificada.

Simulación del efecto de lente gravitacional.

En consecuencia, Eärendel se ha podido observar gracias al efecto de lente gravitacional generado por el cúmulo de galaxias denominado WHL0137-08, situado a 5 500 años luz de nosotros. Además de a una adecuada y afortunada alineación con la Tierra.

Por qué es importante el descubrimiento

El hecho de haber detectado la luz de una estrella tan antigua nos remonta inequívocamente a los primeros momentos del Universo, cuando las estrellas primordiales estaban formadas por los elementos químicos más sencillos como el hidrógeno, el helio y el litio.

Se trata de poblaciones estelares de tipo III (estrellas muy calientes y prácticamente sin metales) o tipo II (con muy baja concentración de elementos más pesados que el helio). Se cree que Eärendel puede ser una estrella de Población II.

Imagen ampliada de la estrella primordial Eärendel.

Cabe recordar que este descubrimiento ha sido realizado por el antiguo telescopio espacial Hubble. Hasta la fecha, tales estrellas tempranas habían sido invisibles de forma individualizada. Será su sucesor, el telescopio espacial James Webb, el que permita mirar aún más lejos y más temprano en el universo.

The Conversation

Oscar del Barco Novillo no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.

The Conversation. Rigor académico, oficio periodístico

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