- El telescopio espacial James Webb ha identificado en el universo temprano indicios muy sólidos de estrellas de Población III.
- Las observaciones se concentran en una diminuta protogalaxia apodada Hebe, casi desprovista de elementos pesados.
- La señal clave procede de la emisión de helio ionizado sin rastro de metales, coherente con estrellas formadas a partir del gas primordial del Big Bang.
- Equipos europeos, con participación española, lideran parte de estos trabajos pioneros que desafían los modelos actuales de la evolución cósmica.
El telescopio espacial James Webb vuelve a situarse en el centro de la conversación científica al ofrecer una de las pistas más firmes hasta ahora sobre las primeras estrellas que se encendieron tras el Big Bang. Lejos de tratarse solo de una nueva fotografía espectacular, las últimas observaciones apuntan a un tipo de estrellas casi míticas en astrofísica: las llamadas estrellas de Población III.
Este posible hallazgo se apoya en datos obtenidos de una protogalaxia diminuta y muy lejana, observada tal como era cuando el universo apenas contaba con unos 400 millones de años. Su estudio, liderado por equipos europeos y con destacada participación española, refuerza la idea de que el James Webb está empezando a asomarse a los primeros capítulos de la historia cósmica con un detalle sin precedentes.
Qué son las estrellas de Población III y por qué son tan esquivas
En astronomía, las estrellas se clasifican en grandes grupos o poblaciones en función de su composición química. Las de Población I son similares al Sol, ricas en elementos pesados (lo que los astrónomos llaman «metales») y abundantes en los brazos de las galaxias espirales. Las de Población II son algo más antiguas y tienen menos metales, y suelen encontrarse en bulbos galácticos y cúmulos globulares.
Pero por encima de todas ellas, al principio de la historia del universo, debió existir una generación todavía más primitiva: las estrellas de Población III. Estas estrellas habrían nacido cuando solo habían transcurrido unos pocos cientos de millones de años tras el Big Bang, a partir de un material casi virgen formado prácticamente solo por hidrógeno y helio, sin apenas otros elementos químicos fabricados en generaciones anteriores de estrellas.
Los modelos teóricos indican que estas primeras estrellas debieron ser enormemente masivas (el nacimiento de estrellas nuevas), en algunos casos varias centenas de veces más pesadas que el Sol. Una masa tan grande implica vidas muy cortas: en cuestión de unos pocos millones de años habrían agotado su combustible nuclear y explotado como supernovas, sembrando el medio interestelar de los elementos pesados que hoy forman parte de planetas, rocas y seres vivos.
Esa existencia fugaz y su ubicación en un universo extremadamente distante en el tiempo convierten a las estrellas de Población III en un objetivo casi inalcanzable. Los astrónomos llevan décadas buscándolas sin ambigüedades, pero las evidencias directas seguían siendo esquivas. El problema no es solo su lejanía, sino también que su emisión se concentra en el ultravioleta lejano, una banda de luz que resulta fuertemente absorbida por el gas que llenaba el universo primitivo y que apenas deja pasar parte de esos fotones hasta nuestros instrumentos.
Por todo ello, cada indicio que se acerque a esta primera generación de estrellas se examina con lupa y con una mezcla de esperanza y cautela. Es en este contexto donde el James Webb ha empezado a marcar la diferencia.
Hebe, una protogalaxia casi virgen en el universo temprano
Uno de los resultados más llamativos llega de la mano de un equipo internacional encabezado por Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Sus observaciones, realizadas con el James Webb, señalan a una protogalaxia extremadamente pequeña e irregular que parece carecer casi por completo de elementos pesados. A este objeto se le ha dado el nombre de Hebe, en referencia a la diosa de la juventud de la mitología griega.
Más allá del guiño mitológico, el nombre también esconde un acrónimo: HEBE responde a High-redshift Early Building-block of the Epoch of reionization, es decir, un «bloque de construcción» a alto desplazamiento al rojo de la época de reionización. Esta etapa marca el final de la llamada «edad oscura» del cosmos, cuando las primeras fuentes de luz intensas comenzaron a ionizar el gas que llenaba el universo.
Las observaciones sitúan a Hebe en una época muy temprana, unos 400 millones de años después del Big Bang, lo que implica un desplazamiento al rojo muy elevado. En términos cosmológicos, se trata prácticamente de una recién llegada. Su tamaño aparente es diminuto y su morfología, desordenada, encaja con lo que se espera de las primeras estructuras galácticas que empezaron a formarse a partir del gas primordial.
Un detalle especialmente llamativo es su cercanía aparente, en el plano del cielo, a una galaxia mucho más brillante y conocida: GN-z11. Ambas se encuentran separadas por unas 10.000 años luz en proyección, lo que hace pensar que podrían pertenecer al mismo protocúmulo de galaxias en el universo temprano. No obstante, los análisis disponibles no muestran por ahora evidencias claras de interacción directa entre ellas.
En las imágenes y mapas de emisión obtenidos, Hebe se destaca por la señal asociada al helio ionizado, que se representa mediante contornos en color morado en los resultados publicados. En contraste, otra galaxia de aparente tamaño mayor en el mismo campo, identificada como JADES-1005638, se encuentra en realidad mucho más cerca de nosotros y solo parece alineada por una coincidencia de perspectiva.
Una composición química que apunta al gas primordial del Big Bang
El rasgo que ha despertado mayor interés en la comunidad es que, en Hebe, no se detectan líneas claras de elementos pesados en los datos espectroscópicos del James Webb. La señal dominante procede de hidrógeno y helio, los componentes principales del universo primitivo tras el Big Bang, y no aparecen las huellas habituales de oxígeno, carbono u otros metales que delatan la presencia de generaciones anteriores de estrellas.
Esta ausencia no puede interpretarse de manera ligera: en astrofísica, la detección de «metales» en una galaxia es la prueba de que ya ha habido ciclos de formación y muerte estelar que han enriquecido el gas circundante. Si esa firma casi no existe, la conclusión razonable es que estamos ante un entorno extremadamente primitivo, muy poco procesado, que habría dado lugar a estrellas formadas directamente a partir del material del Big Bang.
El James Webb no «fotografía» individualmente esas posibles estrellas de Población III, pero sí permite estudiar con detalle la luz global que llega de la protogalaxia. Mediante el análisis espectral, los equipos buscan patrones que coincidan con lo esperado para estrellas muy masivas, muy calientes y con una composición química prácticamente sin metales. Entre esas señales, destaca la presencia de emisión intensa de helio ionizado (He II) acompañada, precisamente, de la ausencia de líneas de metales.
Este tipo de combinaciones espectrales no encaja bien con poblaciones estelares más «modernas». A medida que el universo envejece y se recicla la materia, los elementos pesados se vuelven más abundantes, lo que modifica las líneas de emisión típicas. En un entorno como el de Hebe, el hecho de encontrar un espectro tan «limpio» de metales sugiere que nos acercamos mucho a las primeras generaciones estelares.
Conviene, aun así, mantener cierta prudencia. En ciencia, una sola observación sugerente no basta para cerrar el caso. Los propios autores apuntan a la necesidad de estudiar Hebe en más longitudes de onda y con distintas técnicas para descartar explicaciones alternativas que pudieran imitar la firma de unas hipotéticas estrellas de Población III.
El papel del James Webb y la aportación europea y española
Que el James Webb sea capaz de proporcionar este tipo de pistas no es casualidad. Su instrumentación está optimizada para observar en el infrarrojo, justo el rango de luz en el que la radiación emitida por los objetos más lejanos aparece desplazada debido a la expansión del universo. Esto le permite asomarse a épocas de hace más de 13.000 millones de años, cuando el cosmos atravesaba sus primeras fases de organización.
Gracias a esa sensibilidad infrarroja, el telescopio puede captar luz que ha viajado durante casi toda la historia del universo. En el caso de Hebe y de otros objetos similares, esa capacidad es esencial: sin ella, la señal de estas protogalaxias quedaría completamente fuera del alcance de los observatorios anteriores. El Webb no solo ve más lejos, sino que analiza con mucha más precisión la composición de lo que observa.
En este proyecto concreto, liderado desde la Universidad de Cambridge, destaca la participación de centros europeos y españoles. Entre los coautores del estudio «The search for Population III: Confirmation of a HeII emitter with no metal lines at z=10.6» se encuentran los astrónomos españoles Pablo Pérez-González y Santiago Arribas, ambos vinculados al Centro de Astrobiología (CSIC-INTA).
Su contribución se enmarca en un esfuerzo internacional más amplio por explotar al máximo los datos del James Webb para entender el universo temprano. De hecho, el trabajo principal de Maiolino y colaboradores viene acompañado por otros dos estudios, firmados por equipos liderados por Übler y Rusta, que profundizan en distintas facetas de estas observaciones y refuerzan la interpretación de que nos encontramos ante un entorno extremadamente primitivo.
Para la comunidad científica europea, este tipo de proyectos representan una oportunidad estratégica. La participación en la definición de programas de observación, en el análisis de datos y en la interpretación teórica de los resultados consolida el papel de Europa —y de España en particular— en la primera línea de la cosmología observacional. Además, se trata de ámbitos en los que la colaboración entre agencias como la ESA, la NASA y la CSA se vuelve imprescindible.
Por qué estas primeras estrellas son tan importantes para entender el cosmos
Las estrellas de Población III no interesan solo por ser «las primeras». Su relevancia radica en que, según los modelos actuales, fueron las responsables de transformar un universo oscuro y simple en uno complejo, lleno de galaxias, nebulosas y sistemas planetarios. Su radiación habría contribuido de forma decisiva a la reionización del gas intergaláctico, terminando con la edad oscura y permitiendo que la luz viajara con más libertad por el espacio.
Además, al ser tan masivas y efímeras, estas estrellas debieron explotar con una violencia extrema, generando grandes cantidades de elementos pesados y dejando tras de sí poblaciones numerosas de agujeros negros. Muchos de estos podrían haber servido como semillas para los agujeros negros supermasivos que hoy encontramos en el centro de tantas galaxias, incluidos los núcleos activos más energéticos.
Comprender cómo eran exactamente estas primeras estrellas, cuánto tiempo vivieron y de qué manera enriquecieron el medio que las rodeaba es clave para reconstruir la cadena de acontecimientos que lleva desde el Big Bang hasta la formación de planetas como la Tierra. Sin esos primeros ciclos de fusión nuclear y explosiones, no existirían elementos tan comunes hoy como el carbono, el oxígeno, el hierro o el silicio.
En este sentido, un objeto como Hebe actúa como una especie de fósil luminoso: no vemos directamente cada estrella, pero sí los efectos que una población muy temprana de astros extremadamente energéticos habría dejado en el gas circundante. A partir de ahí, el reto consiste en encajar todas las piezas —espectros, modelos teóricos, simulaciones numéricas— para obtener un retrato lo más fiel posible de ese universo temprano.
Los estudios liderados por Maiolino y sus colaboradores, junto con los trabajos complementarios de otros grupos, abren por tanto vías inéditas para explorar el inicio de la evolución estelar. No es exagerado decir que cada nueva observación con el James Webb en estos rangos de redshift obliga a revisar, matizar o afinar las teorías que se manejaban hasta ahora sobre cómo y cuándo surgieron las primeras galaxias.
Aunque todavía hará falta acumular más datos y contrastarlos con diferentes modelos, la información obtenida de Hebe y de otros candidatos similares marca un punto de inflexión. La combinación de la potencia del James Webb, la experiencia de los equipos internacionales y la participación activa de centros europeos y españoles sitúan estas investigaciones en la vanguardia de la cosmología. Con cada nueva campaña de observación, se amplía el mapa de ese universo temprano y se refuerza la impresión de que aún queda mucho por descubrir sobre los primeros pasos de la luz en el cosmos.