¿Fueron las primeras estrellas oscuras?

Quizás las primeras estrellas en el Universo no brillaban sino que eran "estrellas oscuras" de entre 400 y 200.000 veces más grandes que nuestro Sol y potenciadas por la aniquilación de la misteriosa materia oscura, según concluye un nuevo estudio.

El estudio -a ser publicado el mes próximo en Physical Review Letters – calculó cómo habría influido la materia oscura en el nacimiento de las primeras estrellas, casi 13 mil millones de años atrás.

Los descubrimientos "alteran drásticamente el marco teórico actual sobre la formación de las primeras estrellas", dice el autor del estudio y astrofísico Paolo Gondolo, profesor asociado de física en la Universidad de Utah.

Es posible que gigantescas estrellas oscuras existan hoy, y aunque no emiten luz visible, puedan ser detectadas porque deberían emitir rayos gamma, neutrinos y antimateria y ser asociadas con nubes de frío hidrógeno molecular".

"Sin detalladas simulaciones no podemos determinar la evolución de las estrellas oscuras. Podrían durar meses o 600 millones de años o miles de millones y estar aún por allí. Deberemos buscarlas", dice Gondolo.

El científico condujo el estudio con Katherine Freese, Ann Arbor y Douglas Spolyar.

Dice Gondolo que quería llamar a esta nueva clase de estrellas teóricas comno "gigantes marrones" pero sus coautores insistieron en llamarles "estrellas oscuras" por la canción "Dark Star" (Estrella oscura) de The Grateful Dead.

Los científicos saben de la existencia de la materia oscura porque las galaxias rotan más rápido de lo que puede ser explicado por la materia visible en ellas. Además, observaciones por satélites, globos y telescopios han llevado a estimar que la materia visible representa sólo el 4% del Universo. El resto se compondría de un 23% de materia oscura y 73% de energía oscura.

Las WIMP -sigla en inglés de weakly interacting massive particles que significa partículas masivas de interacción débil- son las candidatas principales a materia oscura. Según Gondolo, los "neutralinos" son un tipo de WIMP que deberían existir bajo las teorías de física de partículas que buscan explicar el origen de la masa en el Universo.

Los científicos creen además que el Univeso se formó hace algo más de 13 mil millones de años en una expansión del tiempo y espacio conocida como Big Bang.

El remanente de esa "explosión inicial" es la radiación de fondo de microondas que desarrolló algunas pequeñas fluctuaciones de temperatura causando que la materia primitiva pudiera agruparse gravitacionalmente y finalmente colapsar hacia estrellas y galaxias. La materia era entonces materia oscura pero también hidrógeno y helio.

Las teoría convencional de cómo nacieron las primeras estrellas sostiene que a medida que los átomos de hidrógeno y helio se unían en nubes protoestelares, comenzaron a enfriarse, haciendo a la nube más densa. Las nubes se encogían y enfriaban hasta que comenzara la fusión de hidrógeno en helio, encendiendo la combustión de los motores de las estrellas.

Para el nuevo estudio, los astrofísicos calcularon cómo habría afectado la materia oscura la temperatura y densidad del gas que se agrupó para formar las primeras estrellas.

Los descubrimientos sugieren que los neutralinos inteactuaron aniquilándose entre sí, produciendo quarks y antiquarks y generando calor. La nube protoestelar de hidrógeno y helio intentaría encogerse y enfriarse, pero la materia oscura la mantendría caliente y grande, evitando la fusión.

"El calor podría contrarrestar el enfriamiento y la estrella detendría su contracción por un tiempo, formando una estrella oscura", luego de 80 o 100 millones de años luego del Big Bang. "Ese es nuestro principal resultado", dice Gondolo.

Las estrellas oscuras contendrían mayormente materia normal, en forma de moléculas de hidrógeno y helio, pero serían muy grandes: entre 4 UA y 2000 UA, suficientemente grandes como para ocupar 15000 sistemas solares como el nuestro!

Los quarks y antiquarks producidos generarían rayos gamma, neutrinos y antimateria como positrones y antiprotones, dice Gondolo.

El científico dice que estas estrellas oscuras tendrían algunas importantes implicaciones para la astrofísica:

-Representan una nueva fase en la evolución de las estrellas

-Su posible existencia podría ayudar a encontrar e identificar la materia oscura.

-Podrían mejorar el entendimiento de cómo se forman los elementos pesados. Las primeras estrellas supuestamente carecen de elementos pesados que se producen en la fusión nuclear. Pero si las estrellas oscuras existen y no evolucionaron luego hacia estrellas normales, no formaron carbono. "Quizás el carbono vino de otras estrellas", quizás estrellas convencionalesque se hayan formado sin materia oscura, dice Gondolo.

-Las estrellas oscuras podrían explicar por qué los agujeros negros se formaron más rápido de lo esperado, sólo unos pocos cientos de millones de años luego del Big Bang.

Otra posibilidad es que las estrellas oscuras se hayan convertido finalmente en normales. El equipo piensa que el balance entre el gas frío y la materia oscura calentando podría permanecer en balance y durar, pero que eso depende de ciertas suposiciones sobre la masa de los neutralinos.