El telescopio James Webb podría haber descubierto «las primeras estrellas» del universo
Por primera vez, podríamos estar viendo el fogonazo de algunas de las primeras estrellas que iluminaron el cosmos, cuando este tenía una edad de apenas 800 millones de años. El telescopio James Webb habría captado un cúmulo estelar que encaja con todas las predicciones teóricas sobre la escurridiza Población III.
Por Enrique Coperías
Ilustración artística de las primeras estrellas del universo, las llamadas de Población III, tal como habrían brillado unos 100 millones de años después del big bang. Cortesía: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani
Uno de los grande sueños de los astrónomos es observar en directo las primeras estrellas que iluminaron el universo, gigantes incandescentes formadas a partir de gas virgen, sin trazas de metales, nacidos cuando el cosmos apenas despertaba. Esas estrellas de la Población III, como las llaman los astrofísicos, marcaron el inicio de la historia luminosa del cosmos.
Extremadamente masivos, luminosos y calientes, estos soles fueron el semillero de los primeros elementos más pesados que el hidrógeno y prepararon el terreno para el génesis de galaxias como la nuestra. Hasta ahora, sin embargo, estas estrellas de la Población III eran solo una conjetura.
Un nuevo estudio sugiere que quizá acabemos de encontrar por fin sus descendientes más próximos.
Un equipo de astrónomos formado por Eli Visbal y Ryan Hazlet, de la Universidad de Toledo (Estados Unidos), y Greg L. Bryan, de la Universidad de Columbia (Estados Unidos), firma que el objeto bautizado como LAP1-B y que ha sido observado por el telescopio espacial James Webb (JWST), reúne por primera vez todas las características teóricas que se esperan de un cúmulo de estrellas de Población III.
El hallazgo, publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters, apunta a que podríamos estar contemplando un grupo de astros prácticamente primordiales situado en un rincón del cielo sorprendentemente cercano: a unos 13.000 millones de años-luz, cuando el universo tenía apenas 800 millones de años.
El James Webb y la lente cósmica que «cazó» un objeto imposible
El objeto LAP1-B fue identificado durante las observaciones del cúmulo de galaxias MACS J0416, cuya enorme masa actúa como una lente gravitacional: su campo de gravedad curva la luz de objetos mucho más lejanos, magnificándolos. Gracias a ese efecto —una especie de telescopio natural previsto por la relatividad general—, el James Webb pudo observar el tenue resplandor de LAP1-B con un aumento de casi cien veces.
El equipo japonés dirigido por Kazuhiro Nakajima, responsable del descubrimiento inicial, había sugerido que el espectro del objeto —la descomposición de su luz en diferentes longitudes de onda— mostraba un patrón insólito: líneas intensas de hidrógeno, carbono y oxígeno, pero sin la emisión continua típica de las galaxias normales. Eso implicaba una población estelar extremadamente joven y de composición casi pura. Según sus cálculos, LAP1-B contendría un pequeño cúmulo de no más de 2.700 masas solares en estrellas, alojadas dentro de una nube de gas de unas 400.000 masas solares.
Visbal y sus colegas han analizado en detalle esos datos y concluyen que LAP1-B encaja con precisión en tres predicciones fundamentales de la teoría sobre las estrellas de primera generación.
Tres pruebas que señalan al primer cúmulo de estrellas primordiales
1️⃣ Un halo virgen de materia oscura.La primera predicción establece que las estrellas de Población III se forman dentro de pequeños halos de materia oscura muy pobres en metales, donde el gas alcanza unos 10.000 ºC, el punto justo a partir del cual puede enfriarse y comenzar a formar estrellas. Dichos halos —pequeñas burbujas de gravedad donde el gas puede enfriarse y colapsar— serían los primeros semilleros de estrellas en el cosmos.
En el caso de LAP1-B, el equipo estima que el halo anfitrión tendría una masa de unos 50 millones de soles, justo en el rango que los modelos señalan como el límite para el enfriamiento atómico del hidrógeno.
2️⃣ Una población de estrellas gigantes. La segunda predicción se refiere a la distribución de masas estelares. A diferencia de las actuales, dominadas por astros medianos como el Sol, las primeras generaciones tendrían una función de masas inicial muy inclinada hacia las estrellas gigantes, de entre diez y mil veces la masa solar. Este reparto top-heavy explica la enorme producción de fotones ultravioleta e ionizantes que caracteriza sus espectros. En LAP1-B, la intensidad de la línea de hidrógeno H-alfa —la más potente registrada— exige precisamente un conjunto de estrellas muy masivas, tal vez del orden de 40 masas solares cada una, unas pocas decenas en total.
3️⃣ Un cúmulo efímero y pequeño. La tercera predicción sostiene que las estrellas de la Población III no se forman en grandes galaxias, sino en pequeños cúmulos efímeros de apenas unos miles de masas solares en estrellas. Estos grupos, en cuanto producen sus primeras supernovas, contaminan rápidamente el entorno con metales y dejan de ser puros. LAP1-B, con una masa estelar total de 1.000 a 2.000 soles, cumple también ese requisito.
Explosiones, vientos estelares y señales químicas del origen cósmico
El artículo analiza además la dinámica interna de LAP1-B. La línea de H-alfa aparece ensanchada, lo que en un principio se interpretó como evidencia de un gran contenido de materia oscura —alrededor de diez millones de masas solares concentradas en apenas veinte pársecs—. Pero Visbal, Hazlet y Bryan argumentan que ese ancho no refleja el movimiento orbital del gas, sino vientos y explosiones estelares provocados por las propias estrellas jóvenes.
Simulaciones de cúmulos de estrellas masivas muestran anchos de línea similares debido a escapes producidos por la radiación ionizante y las supernovas. Es decir, la anchura observada podría deberse al gas expulsado por la primera hornada de estrellas, no a la gravedad del halo.
El análisis químico refuerza esa interpretación, según los autores. El cociente de oxígeno e hidrógeno observado sugiere la presencia de unos diez soles de oxígeno mezclados en la nube central. Una única supernova de cuarenta masas solares podría haber generado exactamente esa cantidad. Alternativamente, el oxígeno podría proceder de vientos estelares de estrellas masivas y de rápida rotación, que también encajan con los modelos de la Población III.
La proporción de carbono y oxígeno medida es coherente con ambas vías de enriquecimiento, dentro de las amplias incertidumbres que rodean a estos procesos.
Ilustración artística del nacimiento de las primeras estrellas: se cree que surgieron unos 100 millones de años después del big bang, cuando nubes densas de hidrógeno y helio colapsaron por su propia gravedad y encendieron la fusión nuclear que dio luz al cosmos. Cortesía: NASA, STScI, A. Schaller
¿Cuántos cúmulos como LAP1-B podría haber en el universo?
Más allá del caso concreto de LAP1-B, los autores se preguntan si la detección encaja con las predicciones sobre cuántos objetos semejantes deberían existir y ser visibles. Utilizan para ello un modelo semianalítico desarrollado previamente por el propio Visbal y sus colegas, que combina simulaciones cosmológicas de halos de materia oscura con los efectos de la radiación, la metalización del gas y la velocidad relativa entre materia y radiación.
Los resultados muestran que, dadas las sensibilidades actuales del James Webb y la amplificación gravitacional del cúmulo MACS J0416, era razonable esperar encontrar aproximadamente un solo objeto como LAP1-B en el rango de corrimientos al rojo (z) entre 6 y 7 (es decir, cuando el universo tenía apenas unos 800 millones de años y su luz ha tardado más de 13.000 millones de años en llegar hasta nosotros). A mayores distancias (z > 10), las galaxias primordiales serían intrínsecamente más abundantes pero demasiado débiles para ser detectadas, mientras que a z < 6 la reionización del cosmos habría suprimido casi por completo la formación de estrellas sin metales.
En otras palabras, LAP1-B aparece justo en el momento y el lugar donde los modelos teóricos predecían que podía ser visto.
El hallazgo, por tanto, no parece un golpe de suerte, sino la confirmación de que las herramientas teóricas y observacionales comienzan a alinearse para abordar uno de los problemas más antiguos de la cosmología: cómo y cuándo se encendieron las primeras luces del universo.
LAP1-A y LAP1-B: un sistema doble en el amanecer cósmico
Curiosamente, el telescopio James Webb ha detectado otra fuente tenue, LAP1-A, a solo 300 parsecs de LAP1-B (unos mil años-luz). Podrían formar parte del mismo halo de materia oscura, con un radio virial de alrededor de 1.500 parsecs.
Si así fuera, estaríamos observando una fusión de dos minigalaxias primordiales, un proceso habitual en la infancia del cosmos, o sea, el periodo que abarca los primeros cientos de millones de años tras el big bang, cuando el universo pasó de ser una masa caliente y oscura de hidrógeno y helio a formar las primeras estrellas y galaxias.
LAP1-A es mucho más débil en H-alfa, lo que podría indicar que su breve brote de estrellas de la Población III ya ha terminado o que su masa estelar fue menor. Confirmarlo requerirá observaciones más profundas o simulaciones más detalladas de fusiones entre halos primordiales.
El futuro de la búsqueda de estrellas primordiales
El trabajo de Visbal, Hazlet y Bryan no solo valida el estatus excepcional de LAP1-B; también redefine la hoja de ruta para futuras búsquedas de estrellas primordiales. El modelo sugiere que con observaciones diez veces más sensibles que las actuales —posibles en futuras campañas del James Webb o del futuro telescopio espacial Nancy Grace Roman— podrían detectarse decenas de sistemas semejantes, la mayoría a corrimientos al rojo superiores a 10.
Si se confirman, estos objetos ofrecerán una ventana directa al amanecer cósmico, cuando las primeras estrellas transformaron la materia neutra del universo en el gas ionizado que llena el espacio intergaláctico.
Por ahora, LAP1-B es la mejor candidata a primer cúmulo de estrellas de la Población III jamás observado. Sus propiedades cuadran, como hemos visto, con las tres grandes huellas teóricas: se formó en un halo diminuto y pobre en metales; alberga estrellas extremadamente masivas y su masa total es la esperada para un grupo efímero que pronto quedará contaminado por sus propias explosiones.
«Podría ser la primera vez que vemos algo verdaderamente primordial», concluyen los autores. En un cosmos donde la mayor parte de las estrellas han vivido y muerto incontables veces, encontrar una reliquia tan antigua —aún encendida— es como oír el eco de la primera nota del cosmos. ▪️
Fuente: Eli Visbal et al. LAP1-B is the First Observed System Consistent with Theoretical Predictions for Population III Stars. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae122f
