NeoFronteras

Descubren nubes de gas primordial compuestos por elementos generados durante el Big Bang que no han sido contaminadas por elementos pesados procedentes de las estrellas.

Simulación de flujos de gas formando una galaxia. Fuente: Ceverino, Dekel y Primack.

Por primera vez los astrónomos han conseguido encontrar nubes del gas primordial compuestas por elementos que se formaron a los pocos minutos de darse el Big Bang, antes de que se creara ninguna estrella. La composición de este gas encaja con las predicciones teóricas y proporcionan un apoyo directo a la explicación cosmológica del origen de los primeros elementos.
Sólo los elementos más ligeros como el hidrógeno, helio y pequeñas trazas de otros elementos se formaron durante el Big Bang. Los demás se formaron más tarde en el interior de las estrellas. Hasta ahora los astrofísicos siempre habían detectado elementos más pesados (“metales”, según la jerga imprecisa de los astrónomos) en cualquier parte a la que apuntarán con sus telescopios, ya que es difícil que este gas primordial no haya pasado por ningún proceso de “contaminación” mediado por las reacciones nucleares de las estrellas.
Se cree que las primeras estrellas se formaron 300 millones de años después del Big Bang a partir de este estos elementos primordiales. Como éstas y las sucesivas generaciones de estrellas han estado produciendo elementos pesados y enriqueciendo el medio con ellos desde entonces, se creía que siempre habría un “suelo de metalicidad” observacional, por lo que este descubrimiento es inesperado. Los intentos de encontrar nubes de gas primordial habían fallado hasta el momento.
Un grupo de astrofísicos de la Universalidad de California en Santa Cruz (una institución a la que el que escribe tiene cierto cariño) ha publicado un artículo en el que muestran que por fin se ha encontrado este gas primordial. La prueba que apoya este descubrimiento es la ausencia de “metales” en esa nube. En este trabajo han participado, entre otros, J. Xavier Prochaska, Michele Fumagalli y John O’Meara.
Hay tres pruebas que apoyan la teoría del Big Bang: el fondo cósmico de microondas, la expansión cosmológica y la proporción de elementos ligeros debida a la nucleosíntesis primordial. Si se mide la composición del Universo se observa que la cantidad de hidrógeno, helio y elementos ligeros es justo la que se esperaría encontrar si durante el Big Bang se hubiese dado cierta nucleosíntesis. Hasta ahora siempre había una pequeña proporción de otros elementos en las observaciones debido a la contaminación posterior. Sin embargo, en estas nubes observadas ahora han podido apreciar precisamente esa proporción primordial.
Pero esto es algo que no podemos encontrar en nuestra vecindad galáctica, ya que después de 13000 millones de años encontrar una nube de gas primordial es muy difícil porque ya no existen. Pero si miramos muy lejos podemos ver cómo era el Universo hace mucho tiempo, incluso cuando todavía había nubes de gas primordial.
En este caso han apuntado a quasars distantes con el telescopio Keck I y han estudiado la luz recibida con el espectrómetro HIRES. Analizando los espectros obtenidos, este equipo de investigadores han encontrado dos nubes de material gas primordial. Una de las nubes encontradas está en dirección de la constelación Leo (un simple manera que tienen los astrónomos de hacer mapas del cielo, pues las constelaciones son entes culturales no físicos) y otra en dirección de la Osa Mayor.
Las nubes, que no emiten luz por sí mismas, estaban situadas entre los observadores y el quasar en cuestión de tal modo que los elementos de la nube absorbieron las longitudes de onda que delataban su presencia y revelaron la composición de las mismas. Las proporciones de absorción fueron tales que se pudo identificar a esas nubes como compuestas de gas primordial. Encontraron hidrógeno y deuterio, pero no tenían sensibilidad instrumental para detectar helio. Pero sí tenían sensibilidad para detectar elementos más pesados como carbono, oxígeno o silicio que no aparecieron en los espectros, tal como sería de esperar en un gas primordial no tocado por las estrellas. La proporción entre hidrógeno y helio encaja perfectamente con las predicciones del modelo de Big Bang Estándar. La “metalicidad” de estas nubes se estima en 10.000 veces menor que la del Sol (1/6000 y 1/16000 respectivamente). Para comparar mencionaremos que la metalicidad del halo de la Vía Láctea es 1/50 veces la del Sol.
Recordemos que el Big Bang produjo deuterio, pero este isótopo del hidrógeno es destruido por las estrellas (o en las bombas H). Como tampoco es creado por las estrellas, el Universo se empobrece en él según pasa el tiempo.
Se estima que las explosiones de las primeras estrellas ocurrieron entre 800 millones a 1000 millones de años después del Big Bang, pero no parece que dispersaran elementos pesados por todo el Universo. Todo esto sugiere que hubo en el Universo “bolsillos” libres de estrellas 2000 millones de años después del Big Bang. El descubrimiento desafía las ideas que se tienen sobre cómo se dispersan los “metales” que las estrellas producen y cómo se distribuyen por el Universo. Al menos, la eyección de “metales” por parte de las estrellas y su dispersión por el Universo no parece ser un proceso tan eficiente como se pensaba a raíz de este descubrimiento.
Estos astrofísicos estiman que la luz que nos llega ahora de esos quasars atravesó esas nubes de gas primordial hace 12000 millones de años. Tienen corrimientos al rojo de 3,1 y 3,41 respectivamente (a 11600 y 11900 millones de años luz de distancia de nosotros). En ese tiempo los modelos predicen que las galaxias estaban formándose mediante el flujo de gas primordial frío gracias a tirón gravitatorio de las primeras condensaciones de materia. Estas nubes que se acaban de descubrir serían buenas candidatas a esos flujos de gas primordial, algo que se podría confirmar si se encuentran las galaxias en formación asociadas.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.