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Ciencia

La más vieja (por ahora)

El descubrimiento de la estrella más antigua siembra dudas sobre la formación del Universo

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Paranal, a 2.600 metros de altitud: en busca de testimonios del Big Bangesso

Al menos por ahora, ella brilla siendo la estrella más antigua del Universo. Con todo, puede ser que a cualquier momento surja otra, más antigua aún, ya que la investigación recién terminará dentro de dos años. Pero el descubrimiento de ese fósil cósmico de entre 12 y 15 mil millones de años, ubicado a 36.000 años luz de distancia (un año luz equivale a 9,5 billones de kilómetros), abrió una salida a la laberíntica búsqueda que ya duraba 20 años y había movilizado a un equipo internacional de investigadores, con la importante participación de Silvia Rossi, astrónoma de la Universidad de São Paulo (USP). Con su sutil lirismo, apoyado en recuerdos, músicas o poesías retenidas en la memoria, ese raro objeto celeste despuntó como fuente de admiración y de dudas para los científicos, especialmente en lo que se refiere a los procesos a través de los cuales las primeras estrellas se formaron. Parece que existe otro libreto para narrar cómo nacieron los primeros cuerpos celestes con luz propia.

Hasta el momento en el que esta estrella fue registrada por primera vez, a las dos de la madrugada del 12 de noviembre de 2001, en un telescopio de Australia, confirmada diez semanas después en un aparato más potente emplazado en Chile, y anunciada al mundo hace tres meses, en un artículo publicado en la edición del 31 de octubre de la revista científica Nature, se pensaba que los metales, fundamentalmente el hierro, eran indispensables para enfriar y densificar las nubes precursoras de las estrellas, formadas de hidrógeno y helio. Pero la estrella actualmente tenida como la más antigua, cuyo descubrimiento es el resultado del trabajo coordinado por un físico de 36 años llamado Norbert Christlieb, de la Universidad de Hamburgo, Alemania, exhibe una escasez de metales jamás observada: 200 mil veces menos que el Sol y 20 veces menos que la ex más antigua, conocida con la sigla CD -38°245, al menos 2 mil millones de años más joven, que se mantuvo en ese puesto por el lapso de dos años.

De esta manera, se supone que, mediante procesos aún desconocidos, la estrella más antigua se formó en un ambiente prácticamente carente de metales -tal como son llamados elementos químicos más pesados que el helio. Ubicada en el halo (borde) de la Vía Láctea, nuestra galaxia, esta estrella está constituida de hidrógeno (un 90%), un poco de helio (menos de un 10%) y una reducidísima cantidad de litio (estimada en un 0,0005%). Un dato intrigante: nadie comprende de manera cierta cómo el litio fue a parar allí, puesto que dicho elemento no es, por lo que se sabe, formado por las reacciones de fusión entre los átomos de helio y hidrógeno. Otros metales participan de modo inexpresivo: mientras que en el Sol hay un átomo de hierro por cada 31 mil de hidrógeno, debe existir apenas un átomo de elemento químico por cada 6,8 mil millones de átomos de hidrógeno en la estrella bautizada con la sigla HE 0107-5240 -las iniciales corresponden a Hamburgo y ESO (Observatorio Europeo del Sur), y los números, a la posición aproximada de la estrella en el cielo en el momento en el que fue encontrada.

La más pura de las estrellas habría cobrado forma tan solo mil millones de años después del Big Bang, la explosión que habría dado origen al Universo. Por lo tanto, de esa reliquia pueden surgir pistas cruciales sobre la historia de la formación de las estrellas y de los elementos químicos en el Universo primitivo. “Obviamente, muchas cosas deben haber ocurrido entre el Big Bang y la formación de esa estrella”, comentó Christlieb, el coordinador de la investigación.

Según Christlieb, la HE puede haber heredado el poco metal que contiene de similares aún más antiguas y mayores, aunque se cuestiona si las primeras estrellas habrían sido efectivamente mayores -o “masivas”, como dirían los astrónomos. Se cree que, cuanto mayor es una estrella, más rápidamente se consume el hidrógeno y el helio, en reacciones que producen energía y luz, y la estrella llega a su fin más rápidamente. Las estrellas de mayor masa desaparecen en una explosión en la cual se forman metales más pesados que el hierro -arrojados al espacio, éstos aumentan la densidad de las nubes interestelares de hidrógeno y helio, que se integran originando nuevas estrellas. De esta manera, de acuerdo con la teoría todavía vigente, cuanto más antigua es una estrella, menos metal contiene.

En caso de que la HE 0107-5240 haya efectivamente absorbido su escaso metal de estrellas ya extinguidas, sería un ejemplo de la segunda generación de estrellas formadas con el hidrógeno y el helio restantes del Big Bang, con un aditivo extra de las compañeras extinguidas. Pero puede también ser una representante de la primera generación. Los investigadores consideran también la posibilidad de que la estrella recientemente conocida se haya formado a partir de una nube compuesta únicamente de hidrógeno y helio -los metales se habrían agregado y acumulado a medida que la estrella pasó alrededor del disco galáctico, tal como son llamados los brazos de la Vía Láctea, mucho más poblados de estrellas que el halo.

Christlieb suministró la materia prima sobre la cual el grupo empezó a trabajar: decenas de millones de fuentes celestes de baja luminosidad. Era uno de los resultados de un relevamiento del cielo del Hemisferio Sur, llevado a cabo desde los años 90 en uno de los telescopios del Observatorio Europeo del Sur -ubicado en Paranal, en los Andes chilenos. Las fuentes de luz fueron distribuidas en grupos de cinco en miles de placas fotográficas, que registraban en forma de trazos más o menos largos la intensidad de la luz emitida por los diferentes elementos químicos -el llamado espectro, una especie de impresión digital, obtenido con un prisma acoplado al telescopio de Paranal.

El investigador alemán sabía que trabajando solo tardaría décadas para filtrar ese material. En un congreso realizado en agosto de 1998 en Camberra, Australia, Christlieb conoció a otros dos investigadores que trabajaban juntos en estudios similares: el norteamericano Thimothy Beers, de la Universidad del Estado de Michigan, que desde los años 80 coleccionaba miles de estrellas ancianas para entender cómo se formó la Vía Láctea, y la brasileña Silvia Rossi, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, que buscaba estrellas pobres en metal desde 1995, cuando inició su posdoctorado con Beers. Ese mismo día sumaron descubrimientos y dudas, chequearon los métodos de trabajo y planearon la mayor prospección estelar de la historia de la astrofísica.

Alianzas
En dos años, los tres investigadores, a cuyo proyecto luego se sumaron astrónomos de Australia y de la universidad alemana de Munich, efectuaron un primer filtrado, por medio de programas de computadoras que ellos mismos crearon. Redujeron a cerca de 50 mil los objetos que serían estudiados. Entonces, y una vez agotados los límites de la computadora, la selección visual se hizo inevitable. Durante dos semanas, en agosto de 2001, Silvia y Beers se reunieron con Christlieb en Hamburgo, y trabajando 12 horas por día analizaron uno por uno los registros de metalicidad.

Evaluaron particularmente el espectro de emisión de luz del ion de calcio (un ion es una partícula atómica cargada eléctricamente), un primer indicador del contenido metálico de una estrella -cuanto más débil, menor tiende a ser la participación de metales. “En un comienzo examinábamos una placa por minuto, pero luego fue mucho más rápido”, cuenta la investigadora. Seleccionaron 8 mil objetos candidatos a estrellas de bajísima metalicidad, en los cuales la línea de calcio era poco intensa. Pero era necesario respirar hondo e iniciar la etapa siguiente, la de la selección efectuada directamente en los telescopios, con una precisión mayor que la empleada para hacer las placas, necesaria para calcular el tenor de hierro, ahora sí el indicador patrón de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio.

La lista fue dividida entre los integrantes del grupo, que trataron de observar cada una de las 8.000 estrellas candidatas en los telescopios a los cuales tenían acceso. Seis meses después, el líder del equipo australiano, Michael Bessel, le brindó al grupo un motivo de felicidad al descubrir una estrella con una metalicidad impresionantemente baja, con la razón entre los tenores de hierro e hidrógeno igual a -5,3. Pero el telescopio del Observatorio de Monte Stromlo, en donde Bessel se encontraba, tenía un espejo de 2,3 metros -y una resolución media, por tanto insuficiente para los propósitos del grupo.

Bessel avisó Christlieb, que peleó un horario extra en el telescopio de Paranal, uno de los mayores del mundo, con un espejo de 8,2 metros de diámetro, y, con las coordenadas indicadas por el australiano, se confirmó finalmente cuál era la estrella más antigua del Universo, de un brillo 10 mil veces menor que la más tenue de las estrellas observables a simple vista. En esa etapa surgieron las imágenes más habituales para los no avezados, en las cuales las estrellas aparecen como puntos más o menos luminosos. El pasar por una experiencia de este tipo es algo así como vivir una gestación sin fecha cierta de conclusión. “Esperábamos encontrar estrellas antiguas, pero nada tan sorprendente”, comenta Silvia, cuyo trabajo integra un proyecto temático coordinado por Beatriz Barbuy, del IAG.

Los propios investigadores, aparentemente poco dispuestos a mantener durante mucho tiempo el título que le atribuyeron a la HE 0107-5240, no pararon de barrer el cielo. Beers trabajó durante cuatro noches en diciembre en un telescopio con un espejo de 2,1 metros, en Tucson, Arizona, Estados Unidos. Y en febrero, Silvia y Beers pasarán cinco días en el observatorio de Cerro Tololo, también en Chile, con un espejo de 4 metros de diámetro. Hasta diciembre que viene habrá por lo menos otras cinco rondas de observaciones.

Hasta ahora los astrónomos han examinado apenas un tercio de la lista de estrellas candidatas, de modo tal que no es enteramente improbable que, aun este año, surjan hermanas o primas de la anciana del Universo. Quien sabe, incluso un incuestionable ejemplar de la primera generación de estrellas, más puro todavía. “Sería muy extraño que existiera tan solo una estrella como ésa en el Universo”, observa Silvia. “Creemos que todavía podemos hallar una decena de estrellas con metalicidad tan baja cuanto ésa, o quizá menor.”

La estrella más antigua del Universo tiene un origen incierto, pero un destino previsible: vivirá otros 5 mil millones de años, y morirá quizá en la misma época que el Sol. La HE, que esta atravesando una especie de vejez, como una estrella roja gigante, convierte helio en carbono. Aún brilla intensamente y sus capas externas están conectadas gravitacionalmente, formando una especie de atmósfera, de la cual no se notan los límites.

Pero no será así por mucho tiempo. Las capas más externas van desprenderse, a la manera de una cáscara que se suelta del fruto -es la fase de nebulosa planetaria, que dura tan solo algunas decenas de miles de años-, y entonces la estrella perderá masa y luminosidad. Estará así en agonía, como una enana blanca, y será difícil observarla incluso con los más potentes telescopios. Luego será un planetoide. Pero por entonces ya se habrá apagado.

EL PROYECTO
Evolución Química y Poblaciones Estelares de la Galaxia, Nubes de Magallanes y Galaxias Elípticas, a través de Espectroscopia e Imágenes
Modalidad
Proyecto temático
Coodinadora
Beatriz Leonor Silveira Barbuy – IAG/ USP
Inversión
R$ 174.890,15

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