En un descubrimiento innovador que está remodelando nuestra comprensión del cosmos primitivo, un equipo de investigación ha encontrado evidencia que apunta a la existencia de estrellas oscuras supermasivas, que difieren significativamente de las estrellas conocidas que actualmente estudian los astrónomos. Esta investigación crucial, dirigida por Cosmin Ilie y sus colaboradores, utilizó datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para identificar cuatro objetos celestes extremadamente distantes que se cree que son estrellas enigmáticas.
Se cree que las estrellas oscuras supermasivas son entidades enormes y luminosas compuestas principalmente de hidrógeno y helio que están protegidas del colapso gravitacional por la mínima cantidad de materia oscura autodestructiva que contienen. Este descubrimiento podría potencialmente resolver dos misterios importantes de la astronomía moderna: las galaxias distantes inesperadamente brillantes pero compactas observadas por JWST y el origen de los agujeros negros supermasivos que alimentan los primeros quásares conocidos.
El concepto de estrellas oscuras fue introducido por primera vez por Katherine Freese y sus colegas en 2008, y culminó en un artículo fundamental publicado en Cartas de evaluación física. Sus hallazgos sugirieron que las estrellas oscuras podrían crecer y convertirse en agujeros negros supermasivos en el universo emergente. Estudios posteriores continuaron desarrollando esta teoría, postulando mecanismos que permitirían a tales estrellas alcanzar tamaños enormes.
Aunque la materia oscura constituye aproximadamente el 25% del universo, su naturaleza precisa aún no está clara. Los científicos han planteado durante mucho tiempo la hipótesis de que se trata de un tipo de partícula elemental no descubierta, siendo las partículas masivas de interacción débil (WIMP, por sus siglas en inglés) las principales candidatas. Se espera que la destrucción de las WIMP libere energía que podría iluminar las nubes de hidrógeno y crear estas estrellas oscuras.
Las observaciones del JWST se centran en regiones densas después del Big Bang, particularmente en halos de materia oscura, donde probablemente se formaron las primeras estrellas normales. Freese comentó sobre la identificación de estos candidatos espectroscópicos, destacando la importancia de las primeras estrellas oscuras para proporcionar información sobre la materia oscura y los agujeros negros supermasivos detectados por JWST.
El análisis del equipo de investigación presentó cuatro candidatos clave: JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0 y JADES-GS-z11-0. Los primeros hallazgos indicaron que tres de estos objetos mostraban características consistentes con estrellas oscuras supermasivas, mientras que un candidato parecía consistente con una fuente puntual, típica de una estrella supermasiva distante.
Uno de los hallazgos clave del equipo fue la detección de una característica de absorción específica en una longitud de onda de 1640 Angstroms en el espectro de un objeto, JADES-GS-z14-0. Ilie expresó su entusiasmo por este descubrimiento, destacando su importancia como una posible característica «pistola humeante» para las estrellas oscuras.
Un análisis de espectro adicional utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) confirmó la presencia de oxígeno en las proximidades de JADES-GS-z14-0, lo que indica que es posible que el oxígeno no exista por sí solo, sino más bien en un entorno rico en metales, posiblemente como resultado de una fusión entre un halo de materia oscura y una galaxia, o la formación simultánea de estrellas oscuras y estrellas ordinarias en el mismo halo.
Las implicaciones de identificar estrellas oscuras supermasivas van mucho más allá de la mera curiosidad; podrían permitir a los científicos recopilar información valiosa sobre las partículas de materia oscura basándose en las características de estas estrellas. Esta investigación marca un paso crucial hacia el establecimiento de un nuevo campo de la astronomía dedicado a la exploración de estrellas alimentadas por materia oscura.
El esfuerzo de investigación recibió un generoso apoyo de múltiples organizaciones, incluido el Consejo de Investigación de la Universidad de Colgate, el programa de la Oficina de Física de Altas Energías del Departamento de Energía de EE. UU. y varias fundaciones comprometidas con el avance de la investigación científica.
