Hace 100 millones de años tras el Big Bang, el universo era un lugar inhóspito, dominado por gases primordiales y una oscuridad interrumpida solo por las primeras estrellas. Estas gigantes cósmicas, conocidas como estrellas de población III, no solo dieron luz al cosmos, sino que al morir en explosiones titánicas podrían haber sembrado el universo con uno de los ingredientes esenciales para la vida: el agua.
Un reciente estudio, liderado por Daniel J. Whalen y colaboradores, simula estas explosiones estelares y sugiere que los restos de estas primeras supernovas habrían producido moléculas de agua en abundancia, un hallazgo revolucionario para la cosmología. Según los resultados, estos eventos podrían haber creado entornos con concentraciones de agua 30 veces superiores a las observadas en la Vía Láctea actual. Este descubrimiento desafía las nociones previas sobre la formación temprana de agua y sus implicaciones para la vida en el universo primigenio.
El legado de las estrellas de población III
Las estrellas de población III fueron los primeros objetos luminosos en el cosmos. Formadas únicamente por hidrógeno y helio, carecían de los elementos más pesados (o “metales”) que vemos en las generaciones de estrellas posteriores. Estas estrellas eran gigantes, con masas que podían alcanzar 200 veces la del Sol, y su vida era breve, de solo unos pocos millones de años.
Cuando estas estrellas agotaban su combustible nuclear, explotaban en supernovas de una magnitud sin precedentes. Estas explosiones dispersaban grandes cantidades de elementos pesados, como el oxígeno, esenciales para la formación de moléculas complejas. En las regiones densas de los restos estelares, conocidas como nubes moleculares, estos elementos se combinaron con hidrógeno para dar lugar al agua. Estas nubes no solo marcaron el inicio de la química más compleja en el universo, sino que también pudieron haber servido como los primeros viveros de galaxias y sistemas estelares.
¿Cómo se formó el agua en un universo joven?
El estudio explica que el agua se creó en las regiones más densas y frías de los restos de supernovas, donde el oxígeno liberado por las explosiones se combinó con hidrógeno molecular. Los investigadores utilizaron simulaciones avanzadas basadas en el código Enzo, que permite modelar los procesos físico-químicos en el universo temprano con gran detalle.
En una de las simulaciones, una estrella de 13 masas solares explotó como una supernova de colapso central, enriqueciendo su entorno con oxígeno y otros metales. En otra simulación, una estrella de 200 masas solares explotó como una supernova de inestabilidad por pares, un evento mucho más energético. Ambos casos mostraron que el agua comenzó a formarse rápidamente en las primeras decenas de millones de años tras las explosiones.
Lo interesante es que, aunque las moléculas de agua se generaban en todo el remanente de la supernova, su concentración era mayor en regiones específicas, como núcleos de nubes moleculares densas. Estas zonas alcanzaron fracciones de agua comparables a las observadas en el sistema solar actual, lo que plantea un escenario inesperadamente rico en agua para un universo tan primitivo.
El impacto en las primeras galaxias y la posibilidad de vida
El agua generada por las primeras supernovas no solo habría enriquecido el medio interestelar de las galaxias nacientes, sino que también pudo desempeñar un papel fundamental en la formación de discos protoplanetarios. Las simulaciones sugieren que en los núcleos densos de estas nubes enriquecidas se alcanzaron condiciones favorables para la formación de planetesimales. Esto indicaría que los primeros sistemas planetarios del universo pudieron surgir en entornos donde el agua era un componente significativo.
Sin embargo, no todo fue estabilidad en el universo temprano. Las intensas radiaciones ultravioleta de las primeras estrellas y la ionización de los gases circundantes pudieron destruir parte de estas moléculas de agua. Aun así, los núcleos densos, protegidos por el polvo cósmico, habrían preservado estas reservas, permitiendo que el agua se incorporara a las estructuras galácticas posteriores.
Limitaciones y preguntas abiertas
A pesar de lo prometedor de este hallazgo, el estudio se enfrenta a desafíos venideros. Por un lado, las estrellas de población III no han sido observadas directamente, ya que desaparecieron hace miles de millones de años. Toda la información sobre ellas proviene de modelos teóricos y observaciones indirectas de sus restos en estrellas de generaciones posteriores.
Por otra parta, aunque las simulaciones muestran la formación de agua, no está claro cuánto de esta sobrevivió al entorno dinámico y violento del universo temprano. Algunos estudios sugieren que procesos como la fotodisociación pudieron destruir grandes cantidades de moléculas de agua, reduciendo significativamente su impacto en etapas posteriores de la evolución cósmica.
Aun así, este trabajo es un paso importante para comprender cómo elementos clave para la vida, como el agua, pudieron estar presentes tan pronto en la historia del universo.
Cortesía de Muy Interesante
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