Hubo un momento en la historia del Universo en el que no existía el oxígeno, el carbono o el hierro que hoy encontramos prácticamente en todas partes. Después del Big Bang había esencialmente hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio. Las primeras estrellas tuvieron que trabajar con aquello.
Luego empezaron a morir.
En sus interiores y explosiones aparecieron nuevos elementos que fueron expulsados al espacio, mezclados con el gas y reutilizados para fabricar otras estrellas. Repetido generación tras generación, ese proceso terminó construyendo buena parte de la tabla periódica que conocemos.
El problema es reconstruir cómo ocurrió semejante transformación hace más de 13.000 millones de años. Un proyecto internacional llamado MEGATRON está intentando hacerlo mediante algunas de las simulaciones cosmológicas más detalladas disponibles. Sus primeros grandes resultados acaban de aparecer en cuatro estudios, y el proyecto tiene asignadas 40 millones de horas de procesador en las supercomputadoras nacionales británicas para llevar la siguiente generación de modelos mucho más lejos.
La simulación empieza con un Universo sin metales
MEGATRON arranca deliberadamente con gas cuya metalicidad es cero. En astronomía, «metal» significa básicamente cualquier elemento más pesado que el helio.
A partir de ahí deja evolucionar el sistema. Las simulaciones siguen simultáneamente cómo se mueve el gas, dónde nacen estrellas, qué radiación producen, cómo explotan como supernovas y cómo los elementos recién fabricados terminan contaminando el material que las rodea. La región simulada evolucionará hasta formar un sistema comparable en masa a la Vía Láctea.
Eso último es importante. MEGATRON no es una animación espectacular creada para mostrar cómo «se veía» exactamente el nacimiento de nuestra galaxia. Es un gigantesco experimento numérico en el que los investigadores pueden modificar modelos físicos y preguntar qué resultados producirían.
Uno de sus trabajos, por ejemplo, encuentra que las primeras estrellas de Población III pueden dejar una huella química peculiar en algunas galaxias enanas. Explosiones extremadamente energéticas de determinadas estrellas primordiales podrían explicar una especie de meseta en la abundancia de hierro observada en estos sistemas.
Otro resultado muestra hasta qué punto esas primeras estrellas fueron modificando su propio entorno. Una creciente radiación ultravioleta podía destruir el hidrógeno molecular necesario para enfriar el gas, dificultando que aparecieran nuevas estrellas primordiales en ciertos halos.
El James Webb mira hacia atrás. La Vía Láctea guarda las pruebas
Ahí aparece probablemente la parte más interesante de MEGATRON. El James Webb puede observar galaxias tal como eran durante los primeros cientos de millones de años del Universo. Sus espectros permiten estudiar elementos presentes en esos sistemas increíblemente lejanos. Pero existe otra máquina del tiempo mucho más cerca.
Algunas estrellas antiquísimas de la Vía Láctea conservan en su composición química información sobre el material del que nacieron. Son una suerte de fósil: midiendo sus cantidades de hierro, carbono, magnesio y otros elementos, los astrónomos pueden intentar reconstruir qué tipos de estrellas existieron antes que ellas.
Hasta ahora, ambas estrategias no siempre resultaban fáciles de conectar. La idea de MEGATRON es crear un mismo marco físico capaz de producir tanto galaxias que puedan compararse con las observaciones del Webb como estrellas cuyos patrones químicos puedan confrontarse con esos fósiles de nuestro vecindario galáctico.
Y esas 40 millones de horas todavía no se han gastado
Hay además un matiz importante respecto al espectacular número asociado al proyecto. Las 40 millones de horas de procesador no son el coste computacional ya consumido por estos cuatro estudios. Son una asignación concedida al equipo para desarrollar las siguientes simulaciones de MEGATRON en las supercomputadoras nacionales del Reino Unido. La Universidad de Bath lo compara con poner a trabajar cinco millones de laptops simultáneamente durante un año.
El proyecto comenzó en 2023 y está previsto que continúe hasta 2030. Y eso deja una idea bastante fascinante: no podemos viajar hasta la época en que nacieron las primeras estrellas. Pero podemos observar su luz desde un extremo de la historia, buscar sus restos químicos desde el otro y construir un Universo virtual en medio para comprobar qué pudo suceder entre ambos.
