Telescopio James Webb descubre primeras evidencias de 'estrellas monstruo' del amanecer cósmico

El descubrimiento, liderado por investigadores de la Universidad de Portsmouth en Inglaterra y el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en Estados Unidos, se produjo al examinar las firmas químicas en una galaxia denominada GS 3073. Los científicos detectaron un desequilibrio extremo en la proporción de nitrógeno y oxígeno que no puede explicarse por ningún tipo conocido de estrella.

"Nuestro último descubrimiento ayuda a resolver un misterio cósmico de 20 años", afirmó el Dr. Daniel Whalen del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth. "Con GS 3073, tenemos la primera evidencia observacional de que estas estrellas monstruo existieron".

Según los investigadores, estas gigantes cósmicas habrían brillado intensamente durante un breve período antes de colapsar en agujeros negros masivos, dejando tras de sí las firmas químicas que pueden detectarse miles de millones de años después. "Un poco como los dinosaurios en la Tierra: eran enormes y primitivos. Y tuvieron vidas cortas, viviendo apenas un cuarto de millón de años, un parpadeo cósmico", explicó Whalen.

La clave del descubrimiento fue medir la proporción de nitrógeno y oxígeno en GS 3073. La galaxia contiene una relación nitrógeno-oxígeno de 0,46, mucho más alta de lo que puede explicarse por cualquier tipo conocido de estrella o explosión estelar.

Devesh Nandal, del Instituto para la Teoría y Computación del Centro de Astrofísica, explicó: "Las abundancias químicas actúan como una huella digital cósmica, y el patrón en GS 3073 es diferente a todo lo que las estrellas ordinarias pueden producir. Su extremo nitrógeno coincide solo con un tipo de fuente que conocemos: estrellas primordiales miles de veces más masivas que nuestro Sol".

Los investigadores modelaron cómo evolucionarían las estrellas entre 1.000 y 10.000 masas solares y qué elementos producirían. Descubrieron un mecanismo específico que crea cantidades masivas de nitrógeno:

- Estas enormes estrellas queman helio en sus núcleos, produciendo carbono.
- El carbono se filtra a una capa circundante donde se quema hidrógeno.
- El carbono se combina con hidrógeno para crear nitrógeno a través del ciclo carbono/nitrógeno/oxígeno (CNO).
- Las corrientes de convección distribuyen el nitrógeno por toda la estrella.
- Eventualmente, este material rico en nitrógeno se vierte al espacio, enriqueciendo el gas circundante.

El proceso continúa durante millones de años durante la fase de quema de helio de la estrella, creando el exceso de nitrógeno observado en GS 3073.

Los modelos, publicados en The Astrophysical Journal Letters, también predicen qué sucede cuando estas estrellas monstruo mueren. No explotan, sino que colapsan directamente en agujeros negros masivos que pesan miles de masas solares.

Curiosamente, GS 3073 contiene un agujero negro alimentándose activamente en su centro, potencialmente el remanente de una de estas primeras estrellas supermasivas. Si se confirma, esto resolvería dos misterios a la vez: de dónde provino el nitrógeno y cómo se formó el agujero negro.

El estudio también encontró que esta firma de nitrógeno solo aparece en un rango de masa específico. Las estrellas más pequeñas que 1.000 masas solares o más grandes que 10.000 masas solares no producen el patrón químico adecuado para la firma, lo que sugiere un "punto dulce" para este tipo de enriquecimiento.

Estos hallazgos abren una nueva ventana a los primeros cientos de millones de años del universo, un período que los astrónomos llaman la "Edad Oscura cósmica", cuando las primeras estrellas se encendieron y comenzaron a transformar la química simple del universo temprano en la rica variedad de elementos que vemos hoy.

Los investigadores predicen que el Telescopio James Webb encontrará más galaxias con excesos de nitrógeno similares a medida que continúe estudiando el universo temprano. Cada nuevo descubrimiento fortalecería el caso de estas primeras estrellas ultramasivas.

Este hallazgo es particularmente significativo porque ayuda a explicar cómo se formaron los agujeros negros supermasivos tan temprano en la historia del universo. Durante dos décadas, los astrónomos se han preguntado cómo estos objetos, algunos de los más brillantes del universo, podían existir menos de mil millones de años después del Big Bang. Las estrellas normales simplemente no podrían crear agujeros negros tan masivos con la suficiente rapidez.

La teoría del Big Bang predice que aproximadamente el 5% del contenido del universo debería ser átomos compuestos de protones, neutrones y electrones. Según un estudio publicado en junio de 2025, el 76% de la materia normal del universo se encuentra en el espacio entre galaxias, con otro 15% en halos galácticos (el área que rodea las estrellas visibles en una galaxia) y el 9% restante en estrellas y gas frío dentro de las galaxias.

La contabilidad completa de la materia normal en el universo proporciona una fuerte afirmación de la teoría del Big Bang. La teoría predice la abundancia de materia normal formada en los primeros minutos del universo, por lo que al recuperar el 5% predicho, la teoría pasa una prueba crítica.