¿Cuándo murieron las primeras estrellas? Observación de una supernova en los inicios del universo

Las primeras supernovas del universo se asocian con estrellas de Población III, las primeras estrellas. Se formaron casi exclusivamente de hidrógeno y helio y eran mucho más masivas que las estrellas actuales. Estas estrellas tuvieron vidas cortas, del orden de unos pocos millones de años, y terminaron en supernovas. Ninguna estrella de Población III se ha observado directamente hasta la fecha, a pesar de ser uno de los objetos más importantes para comprender la formación de los elementos.

Una de las razones de la falta de observación de las estrellas de Población III es precisamente su corta vida y el hecho de que existieron en una era distante del universo. Una de las principales misiones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) es investigar el universo primitivo y buscar señales directas o indirectas de estas primeras estrellas. El JWST fue diseñado para observar en el infrarrojo, lo que le permite detectar objetos formados en los primeros cientos de millones de años tras el Big Bang.

Observaciones recientes del JWST han identificado una supernova que se produjo cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Estas observaciones tuvieron lugar en un momento coincidente con el momento en que las primeras estrellas se convirtieron en supernovas. Los astrónomos analizaron las propiedades de la luz observada y hallaron evidencia que nos ayudará a buscar más supernovas de este tipo. Esta detección representa una de las pruebas más directas hasta la fecha sobre el momento de la muerte de las primeras estrellas.

Estrellas de población III

Las estrellas de Población III se formaron a partir de gas primordial compuesto de hidrógeno y helio. Durante su vida, se formaron elementos más pesados. Sin embargo, la ausencia de elementos pesados en su formación limitó los mecanismos de enfriamiento del gas, lo que provocó el colapso de nubes masivas y la formación de estrellas con masas de entre decenas y cientos de masas solares.

Las estrellas de población III tenían una vida extremadamente corta debido a que consumían combustible con gran rapidez. Como resultado, vivían solo unos pocos millones de años, y su muerte dependía de su masa inicial. Podían terminar como supernovas de colapso de núcleo, supernovas hiperluminosas o supernovas de inestabilidad de pares. Estos eventos inyectaban elementos más pesados en el medio interestelar, lo que contribuiría a la formación de estrellas con metales y vidas más largas.

Supernova distante

Recientemente, el telescopio James Webb logró observar una de estas supernovas, que se produjo cuando el universo tenía aproximadamente 730 millones de años. Esta supernova está asociada con un estallido de rayos gamma llamado GRB 250314A. El GRB se detectó el 14 de marzo de 2025, lo que ya indicaba el colapso de una estrella masiva. Observaciones posteriores confirmaron la distancia del evento, convirtiéndolo en una de las explosiones estelares más antiguas asociadas directamente con un GRB.

La supernova se confirmó mediante observaciones dirigidas con el JWST aproximadamente 110 días después del pico. El telescopio logró aislar la emisión de la supernova de la luz de la galaxia anfitriona y caracterizó la evolución del brillo de la explosión. El resultado se publicó recientemente en la revista Astronomy & Astrophysics y constituye una prueba directa de la existencia de estrellas masivas en el universo temprano.

Descubrimientos

Las observaciones muestran que sus propiedades son similares a las de las supernovas que ocurren en el universo local. Esta similitud indica que los mecanismos físicos del colapso de estrellas masivas ya se habían establecido menos de mil millones de años después del Big Bang. Además, los datos ayudan a descartar escenarios de explosiones energéticas como las supernovas superluminosas. La supernova proporciona criterios observacionales para identificar eventos similares con altos corrimientos al rojo.

Estos resultados sugieren que la búsqueda de supernovas en el universo temprano puede guiarse por señales similares a las de las supernovas locales. Esto contradice la expectativa de explosiones diferentes debido a la baja metalicidad y facilita la observación, ya que demuestra que las curvas de luz conocidas siguen siendo válidas en épocas cósmicas tempranas. Al mismo tiempo, la observación plantea otras preguntas, como por qué estrellas tan distintas producen explosiones tan similares a las observadas en el universo actual.

Misión de James Webb

Una de las principales misiones científicas del JWST es observar estrellas de Población III. Si bien estas estrellas individuales son difíciles de observar debido a su corta vida y su extrema distancia, el JWST observa sus firmas observacionales indirectamente. Algunos ejemplos son las observaciones de supernovas, que permiten el estudio de espectros e identificación de los elementos presentes. Esto permite probar modelos de formación estelar primordial y comprender cómo evolucionaron las primeras fuentes de luz.

El próximo año comenzará la segunda fase de observaciones científicas del Telescopio Espacial James Webb, que ampliará aún más las observaciones e incluirá estudios más profundos y áreas más extensas del cielo. Esta nueva fase explorará con mayor detalle el período de formación de las primeras estrellas y galaxias. Con esta nueva fase, el JWST avanza de una fase exploratoria a una fase más estadística.

Referencia de la noticia

Levan et al. 2025 JWST reveals a supernova following a gamma-ray burst at z ~ 7.3 Astronomy & Astrophysics