Las vidas y muertes de billones de estrellas forman un mapa conceptual del medio ambiente en el universo primitivo. La existencia y el ciclo de vida de las estrellas son los principales procesos que hacen que el universo sea rico no sólo en hidrógeno y helio, sino que la radiación emitida por las primeras estrellas lo hizo transparente a la luz visible. Copyright de la imagen: NASA/ESA/Observatorio Europeo Austral/Wolfram Freudling y otros (STECF)
Observando nuestro universo hoy en día, se estima que hay dos billones de galaxias en él, cada galaxia contiene un promedio de cientos de miles de millones de estrellas. Esto significa que podemos ver alrededor de 10 24 estrellas en el universo visible y, al igual que el mayor observatorio de la humanidad, incluso puede "hacernos retroceder" en teoría. Cuando vemos cada vez más lejos, también estamos mirando hacia atrás en el tiempo, porque el Big Bang ocurrió hace un tiempo limitado (138 mil millones de años) y la distancia entre ver y ver las estrellas es limitada. Debe haber habido un período de tiempo en el que no había estrellas, y luego hubo un período de tiempo en el que aparecieron las primeras estrellas en el universo. ¿Cuándo fue eso? Ahora más que nunca quiero saber las respuestas.
Debido a que esta galaxia distante GN-z11 está ubicada en una región donde gran parte del medio intergaláctico está reionizado, el Hubble ahora puede revelarnosla. En el futuro, James Webb será más detallado y verá más. Copyright de la imagen: NASA, ESA y A. Field (STScI)
Gracias a los observatorios más grandes de la humanidad, como el Telescopio Espacial Hubble, el gigante terrestre de 10 metros y el Hubble. Con telescopios espaciales infrarrojos como Como Schell y Spitzer, los humanos hemos visto más universo que nunca. Hemos descubierto una serie de galaxias y quásares desde hace 65.438+0.200 millones de años hasta hace 65.438+0.300 millones de años, y varios de ellos son incluso más antiguos. El poseedor del récord actual es el GN-z11. Esta galaxia sólo tiene luz del universo de hace 400 millones de años, y esta galaxia tiene el 3% de su edad actual. Definitivamente podemos ver esta galaxia, pero es poco probable que nuestros telescopios actuales encuentren estrellas o galaxias más alejadas. ¡Necesitamos telescopios más potentes y sensibles en el futuro!
El concepto de volumen de Hubble en escala logarítmica. Tenga en cuenta que nuestro tiempo se limita al período de tiempo visible, que es el tiempo transcurrido desde el Big Bang: 65.438+03.8 mil millones de años, o (incluida la expansión del universo) 46 mil millones de años luz. Aquí no hay estrellas ni galaxias; para nosotros, incluso en teoría, existen límites. Copyright: usuario de Wikipedia Pablo Carlos Budas
Esto no se debe a que no haya estrellas o galaxias más allá de este rango, sino que la naturaleza del universo en ese momento hacía que no pudiéramos ver aquellas estrellas o galaxias que existen. . Una vez transcurridos los primeros 380.000 años, el universo se había enfriado de manera constante lo suficiente como para formar átomos neutros sin ser ionizado directamente por la radiación residual del Big Bang. No había estrellas en esa época; se necesitarían decenas de millones de años (o incluso más de 100 millones de años) de gravedad para permitir que estas insignificantes regiones atrajeran suficiente materia para encender la primera fusión nuclear, es decir:
1. El Universo se está expandiendo, lo que significa que la luz ultravioleta producida incluso por las estrellas más calientes se desplaza al rojo: de la luz ultravioleta a la luz visible y a la infrarroja, mucho más allá de lo que el Hubble puede ver.
2. El universo ahora lleno de átomos neutros bloquea la luz de estas estrellas, del mismo modo que la materia neutra de nuestra galaxia bloquea el centro de la galaxia de nuestros ojos.
Mapa de densidad estelar de la Vía Láctea y el cielo circundante que muestra claramente la Vía Láctea y las Nubes de Magallanes. Si miras de cerca, NGC 104 y NGC 6205 a la izquierda del SMC están ligeramente más altos y más cerca del núcleo de la galaxia a la izquierda, y NGC 7078 está ligeramente más abajo. Pero en el caso de la luz visible, el centro de la Vía Láctea se vuelve borroso debido a la absorción de luz por la materia neutra dentro del plano de la Galaxia. Copyright de la imagen: ESA/Gaia
Y aquellas primeras generaciones de estrellas y galaxias eran diferentes a las nuestras. Las estrellas del universo se componen actualmente de aproximadamente un 70% de hidrógeno, un 28% de helio y un 1-2% de "otros materiales", que los astrónomos llaman "metales".
"Si nos fijamos en las estrellas que alguna vez existieron, condensando hidrógeno en helio y luego convirtiendo helio en elementos más pesados, esa es la suma de sus efectos: enriquecer el universo post-Big Bang, que es 75% hidrógeno, 25% helio y 0% metal, que es lo que vemos hoy, lo que significa que las primeras estrellas formadas deberían haber sido prístinas, o compuestas de hidrógeno y helio, sin contaminación de otros elementos. El mejor candidato que tenemos ahora es la galaxia CR7. cuya luz tardó 654,38+0,3 mil millones de años en llegar a nuestros ojos
Ilustración de CR7, la primera galaxia descubierta, que se cree que es la tercera generación de estrellas: las estrellas más antiguas del universo lo mostrará JWST. Imágenes reales de esta galaxia y otras similares. Versión fotográfica: ESO/M. Kornmesser
Podemos simular cuándo existieron por primera vez en las estrellas las condiciones que desencadenaron la fusión nuclear. Teóricamente, podemos utilizar la formación de estructuras conocidas para simular el momento en que se formaron las primeras estrellas, porque la ciencia moderna ya sabe lo siguiente:
1. ¿Cuál es la densidad de ciertas áreas del universo en 380.000? años?
2. Tanto la materia como la radiación obedecen a las leyes de la física (como la gravedad y el electromagnetismo).
3. ¿Cuántos universos hay? , la materia oscura y los neutrinos?
4. ¿Y cómo se enfría, encoge y colapsa en el universo en expansión?
Los científicos pueden simular las condiciones iniciales que produjeron la ignición del universo. fusión nuclear que produjo las primeras estrellas.
Estas estrellas no son visibles desde los observatorios actuales porque el material neutro que las rodea bloquea demasiada luz emitida antes de que el universo fuera reionizado, lo que significa que había suficientes rayos ultravioleta calientes. Al emitir estrellas para convertir estos átomos neutros en un plasma ionizado que la luz ultravioleta y visible no podía penetrar, el universo no estaba hace 50-55 mil millones de años. La antigua galaxia gnz11 se encuentra en el espacio donde se produjo la reionización temprana. En nuestra línea de visión, lo que hay que hacer generalmente es observar la parte infrarroja de la luz restante, porque los átomos neutros están bloqueando este punto.
Estas cuatro imágenes muestran cuatro longitudes de onda diferentes. de luz desde el centro de la Vía Láctea: la longitud de onda superior es más larga (submilimétrica), a través del infrarrojo lejano y el infrarrojo cercano (segundo y tercero). La Vía Láctea termina en luz visible. Tenga en cuenta que las franjas de polvo y las estrellas en primer plano oscurecen. el centro visible Copyright de la imagen: ESO/ATLASGAL Alliance/NASA/GLIMPSE Alliance/VVV Survey/ESA/Planck/D. Gracias a: Ignacio Toledo, Martin Kornmesser
Podemos ver esto por. Mirando nuestra propia galaxia, que puede ser opaca a la luz visible y ultravioleta, pero cada vez más transparente en longitudes de onda más largas, razón por la cual el Telescopio Espacial James Webb representa una mejora tan grande. Sí, es más grande que el Hubble. Sí, tendrá instrumentación más avanzada. Pero el mayor salto será que está diseñado para ver longitudes de onda más largas, hasta el infrarrojo medio, aproximadamente 20 veces la longitud de onda más larga que el Hubble puede ver. En teoría, debería poder ver la luz de galaxias distantes y cúmulos de estrellas, ya cuando el universo tenía entre 150 y 250 millones de años.
James Webb tendrá siete veces el poder de captación de luz que el Hubble, pero podrá ver más dentro del espectro infrarrojo, revelando objetos de galaxias mucho antes de lo que el Hubble puede ver. Crédito de imagen: Equipo científico de NASA/JWST
Pero aún queda más ciencia por hacer. No llegaremos hasta la primera estrella de todos, ni siquiera con James Webb, pero podríamos tener una mejor idea de dónde y cuándo están. ¿En cuanto a las protoestrellas originales? ¿La primera estrella confirmada no es más que hidrógeno y helio? Si la naturaleza ha sido buena con nosotros, James Webb nos dará no sólo el primero, sino muchos ejemplos.
El universo está ahí afuera esperando que lo descubramos. Si queremos saber la respuesta, sólo tenemos que mirar. A medida que construyamos mejores observatorios y obtengamos mejores datos, nuestra comprensión de todos estos datos solo mejorará.