Context
Descripció de la formació de les primeres estrelles i galàxies, també dels Quàsars a partir dels elements simples formats en el Big Bang i immediatament després. En l’organització progressiva del cosmos hi ha diferents generacions d’estrelles que es classifiquen en poblacions (I-III).
5 x 107 anys després del Big Bang i baixant la temperatura amb l’expansió de la matèria, es comencen a concentrar els àtoms provinents de la nucleogènesis primordial, formant nebuloses i en elles s’acaben formant estrelles, agrupades en galàxies i cúmuls de galàxies (milions) i supercúmuls (milers de milions de galàxies). El fet és que els grans volums de matèria dispersa col·lapsen per formar les estrelles primer i les galàxies tot seguit.
En 5 x 108 anys, l’univers comença a semblar-se a l’actual. En les primeres nebuloses, la matèria pot anar condensant-se, agrupant-se per l’efecte de la força de gravetat i formar protoestrelles i estrelles, protogalàxies, cúmuls globulars i quàsars.
Figura 2. Imatge de ChatGPT.
Inicialment, totes les estructures es podrien entendre com petites desviacions d’un univers inicialment homogeni per l’efecte de la gravetat.
Hi ha un cert consens en classificar les estrelles. Aquestes es poden agrupar en dues poblacions estel·lars: la població I i la població II, segons la composició química, i la seva edat, entre altres característiques. Les estrelles de la població I, també conegudes com a estrelles de tercera generació, com el nostre sol, contenen quantitats significatives d’elements més pesants que l’heli i també posseeixen metalls. Aquests elements foren produïts per generacions anteriors d’estrelles a través d’explosions de supernova. Les estrelles de la població II (de segona generació) són de les primeres estrelles de vida llarga formades després del big-bang i, per tant, contenen poca quantitat de metalls. Segurament es podria parlar també d’una població III, sense metalls que serien estrelles de la primera generació, les primeres a formar-se, i que tenen una gran massa.
Els estels primordials són (per nosaltres encara són ara, molts d’ells, perquè la seva llum encara ens arriba des de la gran llunyania on podien haver estat) objectes còsmics que es van formar poc després del Big Bang. Coneguts com a estels de Poblacions II i III (les primeres de totes), es van formar a partir del gas primigeni de l’univers, que estava compost principalment per hidrogen (H) i heli (He). No existien encara elements més pesants (com carboni o ferro). Devien ser estels molt massius, amb masses entre 100 i 1.000 vegades la del Sol, cosa que els va fer molt brillants. Tenien una vida curta (1-3 x 106 anys) i explotaven finalment com a supernoves, enriquint el medi interestel·lar amb els elements més pesants formats per fusió nuclear en el decurs de la seva vida, elements que després serien utilitzats per formar estrelles de generacions posteriors (Poblacions II i I). El nostre sol és una estrella de la població I, molt més recent, i més enriquida amb elements pesants, més metàl·lica.
Figura 3. Explosió de supernova. Imatge de ChatGPT.
Les primeres estrelles començarien la fusió nuclear dels elements lleugers H i He i la formació progressiva d’elements més pesants. Per exemple, després del Big Bang, va haver-hi un període durant el qual no va haver-hi oxigen en l’univers. Va ser creat pels processos de fusió en les primeres estrelles i després alliberat (juntament amb carboni i ferro) quan aquestes van explotar i morir. Això no obstant, la detecció de petites quantitats d’oxigen en els objectes més allunyats coneguts indica que les primeres generacions d’estrelles ja havien format i expulsat una mica d’oxigen a penes 500 milions d’anys després del començament de l’univers.
Les primeres galàxies es van formar després dels primers estels quan aquests es van agrupar també per la gravetat. Serien petites i irregulars amb un gran nombre d’estels primordials. Segurament amb el temps es fusionarien en estructures més grans com les que ara veiem.
Uns objectes curiosos ben antics són els Quàsars (quasi-stellar source). Es tracta de fonts de ràdio molt allunyades, amb gran desplaçament al roig de l’espectre de radiació i a una distància en anys llum compatible amb la seva formació en l’origen de les primeres estrelles i galàxies. La seva formació seria deguda al col·lapse gravitacional dels àtoms reunits en una gran quantitat de matèria. Es creu que els quàsars estan alimentats per forats negres supermassius al centre de galàxies llunyanes. Quan la matèria cau al forat negre, s’escalfa a causa de les immenses forces gravitatòries, alliberant enormes quantitats d’energia en forma de llum i radiació en totes les longituds d’ona, i fent visibles els quàsars a grans distàncies, ja que poden ser milers de milions de vegades més brillants que el nostre sol. La majoria dels quàsars es troben a milers de milions d’anys llum de distància, el que significa que representen una etapa inicial de la història de l’univers juntament amb les primeres galàxies. Així mateix, a causa de la seva gran distància, els quàsars presenten un alt desplaçament al vermell, que és una evidència de l’expansió de l’univers. L’Univers està en constant expansió i moviment i aparentment no té un centre. Això no obstant, donades les grans distàncies, un centre virtual podríem ser nosaltres mateixos (almenys de forma operativa i ben disposats a canviar l’opinió), ja que per tot arreu on es mira hi ha el mateix tipus d’estructures, objectes i espais buits, i encara ens arriba la llum de les primeres galàxies formades fa uns 5 x 108 anys després del Big Bang. També per tot arreu hi ha els mateixos àtoms.