Necesitamos hablar sobre las edades oscuras. No noaquellos edades oscuras después de la caída del imperio romano occidental. Y tenemos que hablar sobre el amanecer cósmico: el nacimiento de esas primeras estrellas, una época tumultuosa que reformó por completo la cara 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.
Primero necesitamos establecer un pequeño misterio.
Todos sabemos por ahora cómo surgieron 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 que golpea el hierro. Fusionar hierro absorbe energía en lugar de liberar energía, por lo que nada puede detener el terrible colapso gravitacional de la estrella. Todo se comprime en un pequeño volumen, y ahora tienes un agujero negro.
Con el tiempo, ese agujero negro puede encontrarse y consumir otros agujeros negros, o simplemente succionar el material interestelar circundante, aumentando la resistencia 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, y fácilmente inclinan la balanza a la friolera de más de un millón de veces la masa de nuestro sol.
El nuevo material continúa cayendo, solo porque el agujero negro es gigantesco no significa que su hambre esté saciada, y cuando el gas cae en las fauces abiertas del agujero negro, se comprime y se calienta, brillando más que el valor de una galaxia. estrellas. Este objeto tiene varios nombres: cuásar, blazar, núcleo galáctico activo, pero todos significan lo mismo: un agujero negro gigante esalimentación.
Eso está muy bien y es un poco aterrador, pero aquí hay un problema. Vemos cuásares en el universo muy distante, lo que significa que vemos cuásares en el mismojoven universo, cuando ni siquiera tenía mil millones de años (sí, eso es joven para un universo). Y el proceso que acabo de describir anteriormente (formar grandes estrellas, dejarlas vivir y morir, crear un agujero negro, dejar que se alimente a proporciones gigantescas) lleva mucho más tiempo que mil millones de años.
¿Cómo produjo nuestro universo agujeros negros monstruosos tan rápido?
Si la ruta usual de estrella-> agujero negro-> cuasar no parece funcionar en el universo primitivo, es hora de considerar alternativas. Atajos Existen rutas más rápidas para crear los grandes agujeros negros que exigen 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 todo esocosas en un volumen lo suficientemente compacto como para convertirlo en una estrella, las interacciones y las inestabilidades lo fragmentarán como una masa de galleta que se desmorona en sus manos, formando muchas estrellas normales en lugar de una sola monstruosa. Es por eso que creemos que las estrellas de más de 100 masas solares son, aunque posibles, extremadamente raras hoy en día.
Pero la era del Amanecer Cósmico fue un momento diferente. Por un lado, todavía no existían elementos pesados: las forjas nucleares no habían estado funcionando 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. En segundo lugar, el joven cosmos se inundó con radiación ultravioleta de alta energía por el repentino nacimiento de otras estrellas más pequeñas. Esta radiación rompe el hidrógeno molecular, otra vía clave para enfriarse y fragmentar una nube gigante de gas.
Entonces, aunque de nuevo es raro, las condiciones pueden haber sido justo 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 gran estrella.
Estas estrellas gigantes habrían llevado vidas cortas y se habrían colapsado directamente para formar grandes agujeros negros, atajando la ruta habitual para hacer cuásares.
Esto suena como una gran idea, pero en ciencia las grandes ideas necesitan confrontar la evidencia antes de que podamos comenzar a creer en ellas. En este caso, sería bastante útil tener una fotografía de una de estas gigantescas estrellas antes de se convirtieron en agujeros negros y luego en cuásares.
Sin embargo, eso es difícil, porque la edad en que estas estrellas vivieron y murieron está muy lejos de nosotros. Y esas estrellas, aunque todavía eran gigantes para los estándares estelares, eran muy pequeñas, lo que las hacía aún más difíciles de detectar en estas distancias extremas.
Pero por una vez podríamos tener un golpe de suerte. Simulaciones recientes de estas extrañas estrellas revelan que son sorprendentemente frías, tienen una temperatura de superficie entre 6,000-8000 Kelvin, dando a sus superficies un intenso brillo rojo. Y debido a su increíble volumen, son muy brillantes, llenos de 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 James Webb Space Telescope, un instrumento diseñado específicamente para ir a buscar las primeras estrellas. Si existieran estrellas supergigantes en esas épocas antiguas, y si algunas de ellas tuvieron la suerte de sobrevivir en la era en que sus hermanos ya comenzaron a transformarse en agujeros negros monstruosos, poniéndolos un poco más cerca a la vista, existe la posibilidad de que podamos directamente tomar su foto.
Qué espectáculo sería eso.
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