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    Pronto podremos ver las primeras estrellas supergigantes del universo.

    Crédito:NSF

    Necesitamos hablar sobre la edad oscura. No, no esas edades oscuras después de la caída del Imperio Romano Occidental. La edad oscura cosmológica. El tiempo en nuestro universo hace miles de millones de años, antes de la formación de las primeras estrellas. Y tenemos que hablar del amanecer cósmico:el nacimiento de esas primeras estrellas, una época convulsa que transformó por completo el rostro del cosmos en su forma moderna.

    Esas primeras estrellas pueden haber sido completamente diferentes a todo lo que vemos en el universo actual. Y podemos si tenemos suerte estar a punto de verlos por primera vez.

    Los primeros agujeros negros

    Primero necesitamos establecer un pequeño misterio.

    Todos sabemos a estas alturas cómo se forman los agujeros negros. Una estrella gigante en algún lugar al norte de ocho veces la masa de nuestro sol, vive su breve pero predecible vida, fusionando hidrógeno en helio. Luego se queda sin hidrógeno y comienza a fusionar helio. Luego se queda sin helio y comienza a quemar cosas más pesadas, subiendo por la tabla periódica hasta llegar al hierro. La fusión del hierro absorbe energía en lugar de liberar energía, y nada puede detener el terrible colapso gravitacional de la estrella. Todo se comprime en un volumen diminuto, y ahora tienes un agujero negro.

    Con el tiempo, ese agujero negro puede encontrarse y consumir otros agujeros negros, o simplemente succione el material interestelar circundante, aumentando en carne todo el tiempo. Con suficiente tiempo y suficiente comida, el agujero negro puede hincharse para convertirse en un gigante, un gigante supermasivo. Estas criaturas acechan en los corazones de las galaxias, e inclinar fácilmente la balanza a más de un millón de veces la masa de nuestro sol.

    Continúa cayendo material nuevo, solo porque el agujero negro sea gigantesco no significa que su hambre esté saciada, y a medida que el gas cae en las fauces abiertas del agujero negro, se comprime y calienta, brillando más brillante que las estrellas de una galaxia. Este objeto tiene varios nombres:quasar, blazar, núcleo galáctico activo, pero todos significan lo mismo:un agujero negro gigante se está alimentando.

    Eso está muy bien y un poco aterrador, pero hay un problema. Vemos quásares en el universo muy distante, lo que significa que vemos cuásares en el universo muy joven, cuando no tenía ni mil millones de años (sí, eso es joven para un universo). Y el proceso que acabo de describir arriba (formar grandes estrellas, dejándolos vivir y morir, creando un agujero negro, dejar que se alimente en proporciones gigantescas) lleva mucho más de mil millones de años.

    ¿Cómo es que nuestro universo produjo monstruosos agujeros negros tan rápidamente?

    Fósiles de la antigüedad

    Si la estrella habitual-> agujero negro-> La ruta del quásar no parece funcionar en el universo temprano, ya es hora de considerar alternativas. Atajos. Existen rutas más rápidas para crear los grandes agujeros negros que demandan nuestras observaciones. Y la forma más rápida de hacer un agujero negro supermasivo es comenzar con una estrella supermasiva.

    ¿Qué tan supermasivo? ¿Qué tal 100, 000 masas solares, ¿es lo suficientemente grande para ti?

    Estrellas como esa simplemente no existen en el universo de hoy. Si intentas meter todas esas cosas en un volumen lo suficientemente compacto como para convertirlo en una estrella, las interacciones e inestabilidades lo fragmentarán como una masa de galleta que se desmorona en sus manos, formando muchas estrellas normales en lugar de una sola monstruo. Es por eso que creemos que las estrellas de más de 100 masas solares son, mientras sea posible, extremadamente raro hoy.

    Pero la era del Amanecer Cósmico fue una época diferente. Para uno, todavía no existían elementos pesados:las forjas nucleares no habían estado operando durante el tiempo suficiente como para contaminar las vías fluviales interestelares. La radiación de esos elementos adicionales es una excelente manera de enfriar una nube de gas y desencadenar su fragmentación en trozos más pequeños. Segundo, el joven cosmos se inundó con radiación ultravioleta de alta energía por el repentino nacimiento de otros, estrellas más pequeñas. Esta radiación rompe el hidrógeno molecular, otra vía clave para enfriar y fragmentar una nube de gas gigante.

    Entonces, aunque de nuevo es raro, las condiciones pueden haber sido las adecuadas al final de la edad oscura cósmica para formar estrellas gigantes e incluso supergigantes:suficiente material podría haber fluido en un volumen lo suficientemente pequeño sin dividirse, dando a luz a una estrella enorme.

    Estas estrellas gigantes habrían tenido una vida corta y se colapsaron directamente para formar grandes agujeros negros. atacando la ruta habitual para hacer quásares.

    El amanecer cósmico

    Suena como una buena idea, pero en ciencia las grandes ideas necesitan confrontar la evidencia antes de que podamos empezar a creer en ellas. En este caso, Sería muy útil tener una fotografía de una de estas estrellas gigantes antes de que se conviertan en agujeros negros y luego en cuásares.

    Eso es duro, aunque, porque la edad en que estas estrellas vivieron y murieron está muy lejos de nosotros. Y esas estrellas mientras todavía es gigante para los estándares estelares, eran muy muy pequeños, haciéndolos aún más difíciles de detectar a estas distancias extremas.

    Pero, por una vez, podríamos tener un golpe de suerte. Simulaciones recientes de estas extrañas estrellas revelan que son sorprendentemente geniales, tener una temperatura superficial en algún lugar entre 6, 000-8000 Kelvin, dando a sus superficies un intenso brillo rojo. Y debido a su increíble volumen, son muy brillantes, estallando con luz a una intensidad de diez mil millones de soles. Esta combinación de brillo puro y enrojecimiento profundo significa que son potencialmente visibles en longitudes de onda infrarrojas para algunas misiones próximas.

    Misiones como el telescopio espacial James Webb, un instrumento diseñado específicamente para ir en busca de las primeras estrellas. Si las estrellas supergigantes existieron en esas épocas pasadas, y si algunos de ellos tuvieran la suerte de sobrevivir en la era en la que sus hermanos ya comenzaron a transformarse en monstruosos agujeros negros, poniéndolos un poco más cerca a la vista, existe la posibilidad de que podamos tomarles una foto directamente.

    Qué espectáculo sería.


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