Investigadores de la Universidad de Bath (Reino Unido) han utilizado algunas de las simulaciones más detalladas realizadas hasta la fecha sobre el universo primitivo para estudiar cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. El estudio se publica hoy en Open Journal of Astrophysics.

Con la ayuda del proyecto MEGATRON, los expertos han empleado simulaciones avanzadas para explorar cómo las primeras estrellas y galaxias iluminaron el cosmos, hasta entonces oscuro, y lo enriquecieron con los elementos químicos que más tarde se convertirían en los componentes básicos de todo lo que nos rodea.

Nuevas pistas sobre las estrellas masivas que dieron forma a las primeras galaxias

SINC

Para saberlo, combinaron simulaciones cosmológicas con sofisticados modelos de radiación, química y formación de galaxias. Los resultados del trabajo revelaron que captar con precisión la interacción entre la luz estelar, el gas y los elementos recién formados es esencial para conectar dos perspectivas del universo primitivo que antes estaban separadas.

Simulaciones del pasado

Concretamente, estas son las observaciones de galaxias jóvenes realizadas por el Telescopio Espacial James Webb y las huellas químicas de estrellas antiguas situadas en la Vía Láctea.

El telescopio ofrece una visión directa de las galaxias del universo primitivo, mientras que las estrellas antiguas actúan como un registro fósil de la historia del espacio. Cuando se estudian las huellas químicas, los astrónomos reconstruyen las propiedades de los primeros astros y rastrean cómo enriquecieron el cosmos con elementos químicos.

Según explica a SINC el autor del trabajo e investigador de la Universidad de Bath, Martin Rey, ejecutaron lo que se conoce como simulaciones cosmológicas de galaxias. “Partimos de un fragmento del universo bastante cercano al Big Bang y después dejamos que un modelo informático proyectase este sector hacia adelante en el tiempo, sin olvidar de forma simultánea las leyes de la gravedad, la dinámica de gases, la radiación y la química”, apunta el experto.

Partimos de un fragmento del universo bastante cercano al Big Bang y después dejamos que un modelo informático proyectara este sector hacia adelante en el tiempo

Martin Rey, autor del estudio e investigador en la Universidad de Bath

MEGATRON puede rastrear la luz emitida por las estrellas y las reacciones químicas resultantes en el gas –más de 80 elementos– de manera conjunta en lugar de añadir estos efectos a posteriori.

“Esto permite estudiar la aparición de las primeras generaciones de estrellas y saber cómo su luz y sus explosiones remodelaron el gas circundante. Luego, contrastamos esas predicciones con datos reales, tanto de galaxias distantes como de la composición química de estrellas antiguas cercanas”, expone el investigador.

Las simulaciones siguen la evolución de una galaxia joven que, con el tiempo, se convierte en un sistema de masa similar a la de la Vía Láctea.

Gracias a la ayuda de estos modelos informáticos avanzados que registran el movimiento del gas, la propagación de la luz estelar y la evolución química, el equipo investigó cómo las estrellas dan forma a las galaxias a lo largo de miles de millones de años.

El estudio expone que los modelos simplificados podrían subestimar la influencia de la radiación estelar y de los procesos químicos de gas que rodea a las galaxias. Pero, al modelar efectos con una resolución alta, el equipo ha podido observar estructuras en el gas que los modelos más simples no captaban, lo que contribuye a mejorar las predicciones para las observaciones astronómicas futuras.

Una visión del cosmos primitivo

Las simulaciones empiezan con gas primigenio que no contiene elementos pesados y que reflejan las mismas condiciones después del Big Bang. A continuación, interpretan el nacimiento de las primeras estrellas, la radiación que emiten, las explosiones de supernova que marcan su muerte y la dispersión de sus elementos hacia las generaciones posteriores de estrellas y galaxias.

Según indica Rey, los elementos que hacen posible nuestro mundo y la vida —el carbono, el oxígeno, el hierro y muchos otros— fueron forjados por las estrellas. “Para comprender de dónde proceden esos elementos, necesitamos entender cómo se formaron estos astros y cómo enriquecieron su entorno”, afirma.

Más allá, el proceso por el que una galaxia joven se convierte en una estructura como la Vía Láctea es bastante complejo porque, al igual que el resto, este sistema se compone de muchos “bloques de construcción” que se fusionan para ensamblar un objeto mayor, apunta el investigador del trabajo.

Para comprender de dónde proceden esos elementos, necesitamos entender cómo se formaron estos astros y cómo enriquecieron su entorno

Martin Rey, autor del estudio e investigador en la Universidad de Bath

Con el tiempo, la fusión se desacelera, lo que permite que se forme un disco de gas que se estabiliza en una galaxia espiral. “Este proceso es a la vez genérico e increíblemente específico, ya que los detalles de cuántos eventos de fusión hubo y de cuándo se estabilizó el disco dejan una huella observable en las propiedades de nuestra galaxia«, dice.

Asimismo, Rey explica que cuando eligieron las condiciones iniciales de sus simulaciones intentaron que coincidieran tantas características de la Vía Láctea como fuera posible. Por ejemplo, “en el artículo que escribimos, el objeto tenía la masa adecuada de materia oscura y estrellas de 14 000 millones de años de evolución, además de ser una galaxia espiral que se parece razonablemente a la de la nuestra”, afirma.

De cara al futuro, el equipo tiene previsto utilizar MEGATRON para reforzar los vínculos entre la teoría y la información observacional. “MEGATRON proporciona un marco físico común para interpretar dos de los nuevos conjuntos de datos más apasionantes de la astronomía: la visión del James Webb y el registro fósil estelar”, concluye Rey.