Diminutos objetos rojos detectados por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA ofrecen a los científicos nuevos conocimientos sobre el origen de las galaxias en el universo y podrían representar una clase completamente nueva de objeto celeste: un agujero negro que absorbe cantidades masivas de materia y emite luz.
Utilizando los primeros conjuntos de datos publicados por el telescopio en 2022, un equipo internacional de científicos, que incluía a investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, descubrió misteriosos «pequeños puntos rojos». Los investigadores sugirieron que los objetos podrían ser galaxias tan maduras como nuestra Vía Láctea actual, que tiene aproximadamente 13.600 millones de años, tan solo entre 500 y 700 millones de años después del Big Bang.
Conocidos informalmente por el equipo como «rompedores del universo», inicialmente se creía que estos objetos eran galaxias mucho más antiguas de lo que se esperaba en el universo incipiente, lo que cuestiona la comprensión previa de los científicos sobre la formación de galaxias.
Ahora, en un artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, un equipo internacional de astrónomos y físicos, incluyendo a los de Penn State, sugiere que los puntos podrían no ser galaxias, sino un tipo de objeto completamente nuevo: una estrella con agujero negro.
Dijeron que su análisis indica que los diminutos puntos de luz podrían ser esferas gigantes de gas caliente, tan densas que parecen las atmósferas de estrellas típicas impulsadas por fusión nuclear; sin embargo, en lugar de fusión, están impulsadas por agujeros negros supermasivos en su centro que atraen rápidamente materia, convirtiéndola en energía y emitiendo luz.
«Básicamente, observamos suficientes puntos rojos hasta que vimos uno con tanta atmósfera que no podía explicarse como las estrellas típicas que esperaríamos de una galaxia», dijo Joel Leja, Profesor Asociado de Astrofísica de Media Carrera Dra. Keiko Miwa Ross en Penn State y coautor del artículo.
Es una respuesta elegante, en realidad, porque pensábamos que se trataba de una galaxia diminuta llena de muchas estrellas frías separadas, pero en realidad es una estrella gigantesca y muy fría.
Las estrellas frías emiten poca luz debido a sus bajas temperaturas en comparación con las estrellas normales, explicó Leja. La mayoría de las estrellas del universo son estrellas frías y de baja masa, pero suelen ser más difíciles de ver, ya que son eclipsadas por estrellas masivas más raras y luminosas.
Los astrónomos identifican las estrellas frías por su brillo, que se encuentra principalmente en el espectro óptico rojo o infrarrojo cercano, longitudes de onda de luz que ya no son visibles.
Si bien el gas que rodea a los agujeros negros supermasivos suele ser muy caliente, a millones de grados Celsius, la luz de estos agujeros negros de «punto rojo» estaba dominada por gas muy frío, según los investigadores, similar a las atmósferas de las estrellas frías y de baja masa, basándose en las longitudes de onda de luz que emitían.
El telescopio más potente del espacio, el JWST, fue diseñado para observar la génesis del cosmos con instrumentos de detección infrarroja capaces de detectar la luz emitida por las estrellas y galaxias más antiguas. En esencia, el telescopio permite a los científicos retroceder en el tiempo aproximadamente 13.500 millones de años, cerca del inicio del universo tal como lo conocemos, explicó Leja.
Desde el momento en que se encendió el telescopio, investigadores de todo el mundo comenzaron a detectar «pequeños puntos rojos», objetos que parecían mucho más masivos de lo que predecían los modelos de galaxias.
Al principio, según Leja, él y sus colegas pensaron que los objetos eran galaxias maduras, que tienden a volverse más rojas a medida que las estrellas que las componen envejecen. Pero los objetos eran demasiado brillantes para ser explicados; las estrellas tendrían que estar concentradas en las galaxias con una densidad imposible.
«El cielo nocturno de una galaxia así sería deslumbrantemente brillante», afirmó Bingjie Wang, actual becario Hubble de la NASA en la Universidad de Princeton, quien colaboró en el artículo como investigador postdoctoral en Penn State.
«Si esta interpretación es válida, implica que las estrellas se formaron mediante procesos extraordinarios nunca antes observados».
Para comprender mejor el misterio, los investigadores necesitaban espectros, un tipo de datos que podrían proporcionar información sobre la cantidad de luz que emitían los objetos en diferentes longitudes de onda. Entre enero y diciembre de 2024, los astrónomos utilizaron casi 60 horas de tiempo Webb para obtener espectros de un total de 4500 galaxias distantes. Se trata de uno de los conjuntos de datos espectroscópicos más grandes obtenidos hasta la fecha con el telescopio.
En julio de 2024, el equipo detectó un objeto con un espectro que indicaba una enorme masa, lo que lo convirtió en el caso más extremo de un objeto tan primitivo y grande. Los astrónomos apodaron al objeto en cuestión «El Acantilado», señalándolo como el caso de prueba más prometedor para investigar qué eran esos «pequeños puntos rojos».
«Las propiedades extremas de El Acantilado nos obligaron a volver a la mesa de dibujo y a idear modelos completamente nuevos», declaró Anna de Graaff, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía y autora correspondiente del artículo, en un comunicado de prensa del Instituto Max Planck.
El objeto estaba tan distante que su luz tardó aproximadamente 11.900 millones de años en llegar a la Tierra. El análisis espectral de esa luz indicó que se trataba en realidad de un agujero negro supermasivo, que atraía a su entorno a tal velocidad que se envolvió en una bola de gas hidrógeno. La luz que Leja y sus colegas detectaron no provenía de densos cúmulos de estrellas, sino de un único objeto gigante.
Los agujeros negros se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, explicó Leja. En algunos casos, estos agujeros negros son millones o incluso miles de millones de veces más masivos que el Sol de nuestro sistema solar, atrayendo la materia cercana con tal fuerza que la convierte en energía y brilla.
«Nadie ha sabido con certeza por qué ni de dónde provienen estos gigantescos agujeros negros en el centro de las galaxias», afirmó Leja, quien también trabaja en el Instituto de Ciencias Computacionales y de Datos de la Universidad Estatal de Pensilvania.
«Estas estrellas de agujero negro podrían representar la primera fase de formación de los agujeros negros que observamos en las galaxias actuales: agujeros negros supermasivos en su etapa inicial».
Añadió que el JWST ya ha encontrado indicios de agujeros negros de gran masa en el universo primitivo. Estos nuevos objetos estelares de agujero negro, que son esencialmente generadores de masa acelerados, podrían ayudar a explicar la evolución temprana del universo y podrían ser una valiosa incorporación a los modelos actuales. El equipo está planeando trabajos futuros para probar esta hipótesis examinando la densidad del gas y la fuerza de estas estrellas de agujero negro primigenias, afirmó Leja.
Por supuesto, los misteriosos «pequeños puntos rojos» se encuentran a una gran distancia tanto en el tiempo como en el espacio, y su pequeño tamaño dificulta especialmente obtener una imagen clara.
«Esta es la mejor idea que tenemos y, de hecho, la primera que se ajusta a casi todos los datos, así que ahora necesitamos profundizar en ella», afirmó Leja.
«Está bien equivocarse. El universo es mucho más extraño de lo que imaginamos y solo podemos seguir sus pistas. Aún nos deparan grandes sorpresas».
Con información de Astronomy & Astrophysics
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