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1 de Enero de 2017
Reseña

El universo en su origen

Formación de las primeras estrellas.

SEARCHING FOR THE OLDEST STARS
ANCIENT RELICS FROM THE EARLY UNIVERSE
Anna Frebel
Princeton University Press, 2015.

Los astrónomos estudian las estrellas más antiguas del universo con el enfoque del arqueólogo que investiga los artefactos del pasado. Ambos rastrean orígenes. Queremos conocer la era primitiva, los primeros 1000 millones de años del universo. Mediante la identificación de estrellas muy antiguas, podemos conocer el universo en que se daban. Las estrellas conservan la composición química de la nube de gas que les dio origen. Esa es la auténtica información arqueológica que estamos excavando. No solo estamos descubriendo las estrellas, sino desenterrando también su composición, lo que nos facilita entender cómo era la composición química del universo primigenio.

Anna Frebel, profesora asociada del departamento de física del Instituto de Tecnología de Massachusetts, cuenta en su haber con el descubrimiento de varias de las estrellas más antiguas conocidas. Acompaña al lector hasta las profundidades del espacio y el tiempo y le presenta el estado de la cuestión de la arqueología estelar. Explica el método seguido en la excavación de sectores del firmamento nocturno en busca de reliquias estelares, sumamente raras, algunas de las cuales llevan brillando más de 13.000 millones de años. Una búsqueda que se torna apasionante cuando encontramos nuevos detalles sobre el comienzo del universo.

Las primeras estrellas se formaron poco después de la gran explosión y estallaron luego en forma de supernovas. Sus huellas químicas se incorporaron en las estrellas antiguas. Esas trazas nos aportan claves para el estudio del origen cósmico de los elementos y los procesos de formación estelar y galáctica, incluidos los que atañen a la Vía Láctea.

¿Cómo reconocer las estrellas más antiguas entre los miles de millones que parpadean en la noche? A simple vista, y observadas incluso desde telescopios potentes, todas parecen iguales. Pero hay una característica que delata a las estrellas antiguas: son deficientes en «metales», término empleado por los astrónomos para referirse a los elementos químicos más pesados que el helio. Las primeras generaciones de estrellas se condensaron a partir del gas primordial unos pocos cientos de millones de años después de la gran explosión. En ese momento, el universo constaba casi enteramente de hidrógeno (en torno a un 75 por ciento de su masa) y de helio (un 25 por ciento).

Esas estrellas primitivas crearon elementos más pesados a través de las reacciones nucleares de su interior y, al final de su vida, eyectaron esos elementos hacia el gas interestelar a partir del cual se formarían nuevas generaciones de estrellas. En el transcurso de los 13.700 millones de historia del universo, la concentración de elementos pesados de las posteriores generaciones estelares fue gradualmente aumentando. Fue en los hornos nucleares de las primeras estrellas donde se forjaron el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y otros elementos esenciales para la vida.

Por consiguiente, la clave para identificar la presencia de estrellas antiguas, pobres en metales, es la espectroscopía, el análisis de la luz estelar que permite descubrir la signatura de los elementos químicos. Frebel estudia las estrellas que son deficientes en elementos clave, sobre todo en hierro. Reconocer rasgos espectrales tan sutiles entre miríadas de estrellas es como buscar una aguja en un pajar, en el que el pajar es el halo entero de la Vía Láctea. Uno de sus descubrimientos fue la estrella HE 1327-2326, cuya concentración en hierro era de solo 1/250.000 la concentración solar. La descubrió en 2005 y tenía una edad de 13.200 millones de años.

Para inferir la historia de la Vía Láctea y las piezas que la crearon resulta imprescindible conocer la edad de las estrellas y de los cúmulos estelares. ¿De dónde procede el halo de nuestra galaxia, de sí misma o de fragmentos de galaxias satélite capturadas? ¿Se formó el disco denso tras la constitución del halo o contemporáneamente? ¿Ha creado sin cesar estrellas el disco fino, donde se halla el Sol, o las ha generado de manera episódica? [véase «Los fósiles de la Vía Láctea», por Kathryn Johnston; Investigación y Ciencia, febrero de 2015]. Son muchas las cuestiones astronómicas cuya resolución depende de la posibilidad de establecer una edad fiable de las estrellas. Cuanto menor sea la concentración de metales, más cerca nos hallaremos de los comienzos.

El estado físico de una estrella (su tamaño, temperatura y energía total liberada) queda determinado por su masa, composición química y edad. La edad importa porque, a medida que el astro va envejeciendo, las reacciones nucleares de su interior alteran la composición, produciendo cambios en la estructura general. Podemos medir directamente la masa de las estrellas que tienen compañeras y establecer, también directamente, la composición de la superficie de una estrella a través de un análisis cuidadoso de su espectro de emisión. Hay un caso en el que podemos medir la edad exacta: el Sol. En el laboratorio podemos analizar el material del sistema solar, lo que nos está vedado para cualquier otra estrella.

La edad del Sol sirve de análogo para profundizar en los pormenores de la física de otros interiores estelares. Mediante la calibración de modelos con relación al Sol, podemos conocer estrellas que poseen una masa mayor o menor. Nuestro conocimiento de la evolución de las estrellas se encuentra estrechamente asociado al estudio de los cúmulos estelares: grupos de entre cientos y miles de estrellas que se formaron juntas y, por ello, comparten composición y edad [véase «El misterio de los cúmulos globulares», por Antonella Nota y Corinne Charbonnel; Investigación y Ciencia, septiembre de 2016]. Algunas de las estrellas más antiguas de nuestra galaxia tienen edades estimadas a partir de la desintegración del torio o del uranio. En estos casos, la edad derivada se refiere al tiempo de formación de los isótopos, no necesariamente al de la estrella; en cualquier caso, se desconoce la concentración inicial del elemento.

El libro no presenta ecuaciones ni bibliografía, pero a menudo se torna demasiado técnico para incluirlo en el género de la divulgación científica. Con todo, resulta amena la interrelación entre los episodios de la carrera de la autora y el progreso de la disciplina.

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