Los astrónomos descubren una nueva clase de objetos celestes extremos con JWST

En el verano de 2022, poco después de que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) comenzara a producir sus primeras imágenes científicas, los astrónomos hicieron un descubrimiento sorprendente: una inesperada abundancia de diminutos puntos rojos esparcidos a lo largo de sus observaciones. Estos objetos compactos y claramente rojos emergieron con un brillo sin precedentes gracias a la mayor sensibilidad del JWST, lo que indica una nueva población potencial de fuentes del cielo distantes que antes no eran detectables por el Telescopio Espacial Hubble.

El color rojo indica que estos objetos emiten la mayor parte de su luz en longitudes de onda más largas, particularmente en el espectro del infrarrojo medio. Las capacidades de observación del Hubble no se extienden a longitudes de onda tan largas, lo que hace que el diseño del JWST sea particularmente adecuado para la tarea. Los datos de seguimiento mostraron que estos objetos están notablemente lejos, y los objetos más cercanos tienen luz que tardó 12 mil millones de años en llegar a la Tierra, lo que permitió a los astrónomos verlos tal como aparecieron unos 1,8 mil millones de años después del Big Bang.

Este descubrimiento llevó a los investigadores a reevaluar los modelos existentes de objetos astronómicos, porque estos pequeños puntos rojos no encajaban en ninguna categoría conocida. Una de las principales hipótesis afirmaba que se trataba de galaxias densas con billones de estrellas, cuyos tonos rojizos eran el resultado de gruesas capas de polvo. Una analogía proporcionó contexto: si nuestro sistema solar estuviera confinado dentro de un cubo de un año luz dentro de estas galaxias potenciales, estaría rodeado por cientos de miles de estrellas, un marcado contraste con la ubicación solitaria de nuestro sol dentro del mismo volumen en nuestro universo. Configuraciones tan densas desafiarían las opiniones actuales sobre cómo evolucionan las galaxias, sugiriendo que las estrellas se forman mediante procesos nunca antes vistos.

Al mismo tiempo, algunos científicos debatieron si estos puntos rojos podrían representar núcleos galácticos activos (AGN) cubiertos de polvo. El AGN se forma cuando el material gira en espiral hacia un agujero negro central, creando un disco de acreción increíblemente caliente. Sin embargo, los espectros de los pequeños puntos rojos se desviaron significativamente de los del reconocido polvo rojo AGN, lo que complica esta interpretación y pone en duda la presencia y masa de agujeros negros supermasivos en estas galaxias.

Surgió un consenso entre los astrónomos sobre un punto crucial: era esencial contar con más datos. Las primeras imágenes del JWST proporcionaron un punto de partida, pero un análisis en profundidad requirió espectros para comprender la luz emitida en diferentes longitudes de onda. El tiempo en los telescopios es muy solicitado, pero se han hecho varias propuestas para asegurar el tiempo de observación necesario. Uno de esos intentos exitosos fue el programa RUBIES, que significa ‘Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey’, dirigido por Anna de Graaff del Instituto Max Planck de Astronomía.

Entre enero y diciembre de 2024, el equipo de RUBIES utilizó casi 60 horas de JWST para recopilar espectros de 4.500 galaxias distantes, produciendo uno de los conjuntos de datos espectroscópicos más grandes adquiridos con JWST hasta la fecha. Entre sus hallazgos se encontraban 35 pequeños puntos rojos, la mayoría de los cuales habían sido identificados previamente a través de imágenes JWST disponibles públicamente, pero algunos surgieron como especímenes particularmente extremos. Esto incluía un ejemplo extremadamente distante llamado ‘El Acantilado’, cuya luz viajó 11,9 mil millones de años para llegar a nosotros, lo que corresponde a un corrimiento al rojo de z=3,55.

El espectro de Cliff mostró una característica importante: un fuerte aumento en la región ultravioleta, estirada por la expansión del universo hacia el infrarrojo cercano debido al corrimiento al rojo cosmológico. Este fenómeno, llamado “ruptura de Balmer”, ocurre típicamente en galaxias estándar, pero fue claramente más evidente en The Cliff, desafiando ambas teorías dominantes sobre los pequeños puntos rojos.

A pesar de las pruebas exhaustivas de varios modelos contra el espectro de The Cliff, las hipótesis existentes se quedaron cortas. Esto llevó a De Graaff y sus colegas a proponer un nuevo concepto: la ‘estrella con un agujero negro’, también llamada BH.. En este modelo, un núcleo galáctico activo que contiene un agujero negro supermasivo está rodeado por una gruesa capa de gas hidrógeno, lo que hace que la luz emitida se vuelva roja. A diferencia de las estrellas ordinarias, BH Los objetos no participan en fusión nuclear y la turbulencia de sus envolturas de gas es diferente a la de las atmósferas estelares típicas. Sin embargo, el modelo refleja teóricamente ciertos aspectos de la formación y estructura de las estrellas.

Las implicaciones de este modelo se extienden más allá de la simple comprensión de The Cliff. Si existen objetos BH*, podrían iluminar el rápido crecimiento de los agujeros negros durante el Universo temprano, un fenómeno ya sugerido por las observaciones del JWST de agujeros negros excepcionalmente masivos formados en épocas cósmicas tempranas. A medida que los investigadores exploran la complejidad de las estrellas de los agujeros negros, pueden obtener información valiosa sobre la evolución de las galaxias primitivas.

Sin embargo, sigue siendo necesaria la precaución. Estos hallazgos son novedosos y la aceptación en la comunidad científica más amplia depende de la validación revisada por pares. Los descubrimientos plantean más preguntas sobre la formación de tales objetos y la supervivencia de sus envolturas de gas únicas, especialmente dado el consumo de su suministro de gas por parte del agujero negro.

El equipo de De Graaff ya ha planificado observaciones futuras, con el objetivo de examinar de cerca The Cliff y otros pequeños puntos rojos intrigantes. Estos estudios posteriores intentarán determinar si las estrellas con agujeros negros desempeñaron un papel crucial en la formación de las primeras galaxias, una posibilidad desconcertante que sigue fascinando a la comunidad astronómica.