Astrónomos han encontrado el candidato más prometedor hasta ahora para una “estrella de agujero negro”, un nuevo tipo de objeto astrofísico que acecha en el “amanecer cósmico” del universo temprano.
Si se confirma, los hallazgos podrían ayudar a desentrañar el origen misterioso de los puntos rojos pequeños (LRD), un grupo infame de cientos de luces distantes y carmesíes detectadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Estos puntos, que tienen casi la edad del propio universo, brillan mucho más que las estrellas pero son demasiado tenues para ser galaxias completamente formadas, lo que los convierte en uno de los mayores rompecabezas de la astronomía moderna.
El nuevo punto descubierto, del tamaño aproximado de nuestro sistema solar, fue avistado por la encuesta Miracle o Mirage (MoM) de JWST, que explora el cielo nocturno en busca de galaxias lejanas. la luz rojiza detectada por JWST fue emitida alrededor de 660 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía aproximadamente una vigésima parte de su edad actual, y es aproximadamente 100 mil millones de veces más brillante que una estrella típica, informaron los investigadores en un nuevo estudio, publicado el 12 de agosto en la revista Nature.
Los investigadores proponen que este punto es una estrella de agujero negro — una enorme bola de gas denso que rodea y es sobreecalentada por un enorme agujero negro. La han nombrado MoM-BH*-1, combinando la encuesta que la encontró con la designación “estrella de agujero negro uno”.
“Nuestra imagen de este objeto está evolucionando muy rápidamente,” dijo el primer autor del estudio, Rohan Naidu, astrónomo de la Universidad de Hawái y exbecario NASA Hubble en el MIT, en una declaración del MIT. Es “verdaderamente singular en tantos sentidos,” añadió.
Este no es el primer candidato a estrella de agujero negro. El año pasado, un estudio que incluía a muchos de los mismos autores identificó a un candidato a estrella de agujero negro apodado “el Cliff”, que mostraba muchas características similares a MoM-BH*-1. Sin embargo, el equipo considera que el hallazgo más reciente es “nuestra mejor evidencia” de este objeto cósmico nunca antes visto, dijeron los investigadores en una declaración separada del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria.
MoM-BH*-1 está más lejos de nosotros (y, por lo tanto, es más antiguo) que el Cliff, lo que lo hace aún más importante para entender cómo se forman estos objetos recién revelados.
Siguiendo las huellas cósmicas
La primera pista de que MoM-BH*-1 era inusual fue su intenso tono rubí; es más roja que muchos otros LRD.
“Cuando vemos algo muy rojo en el universo, a menudo asumimos que está rodeado de polvo”, dijo el coautor del estudio Robert Simcoe, director del Instituto Kavli de Astrofísica y Investigación Espacial del MIT, en la declaración del MIT. El polvo bloquea las longitudes de onda azul más cortas de la luz, haciendo que la luz restante parezca más roja, similar a cómo las cenizas y el humo pueden volver el cielo naranja tras un gran incendio, agregó.
Sin embargo, podemos estar bastante seguros de que el material que brilla no es polvo, porque faltan algunas longitudes de onda en su espectro electromagnético. La ausencia de estas longitudes de onda, conocida como una ruptura de Balmer, sugiere que algunas partículas de la luz están siendo completamente bloqueadas. Esto, a su vez, probablemente significa que la luz está atravesando una cáscara de gas extremadamente densa, similar a algunas estrellas masivas, como Vega.
El objeto también carece gravemente de metales pesados, lo que sugiere que este gas denso está compuesto casi por completo de hidrógeno y helio, similar a estrellas como el Sol. Sin embargo, “la ruptura de Balmer que observamos en este objeto es la más profunda que hemos visto en cualquier objeto, descartando que las fuentes sean estrellas normales”, dijo Naidu.
Para entender por qué el gas actuaba como si formara parte de una estrella masiva, cuando claramente no lo era, los investigadores realizaron múltiples simulaciones, que revelaron que el único escenario plausible era que el gas escondía a un agujero negro considerable.
Normalmente, los agujeros negros absorben toda la materia a su alrededor mediante discos de acreción que giran. Sin embargo, los agujeros negros particularmente grandes y de rotación rápida, conocidos como cuásares, pueden atraer materia tan velozmente que también expulsan grandes haces de energía. Los investigadores creen que si tal objeto estuviera rodeado por una enorme nube de gas, podría no solo contener este material en una bola apretada, sino también sobrecalentarla, sustituyendo el papel de la fusión nuclear que ocurre en el corazón de una estrella típica.
El equipo estima que el agujero negro que acecha dentro de MoM-BH*-1 pesa hasta 100,000 masas solares, lo suficiente como para calificar como supermasivo.
Desentrañando las “puntos rojos pequeños”
El dilema central del misterio de los LRD es que estos puntos distantes son demasiado masivos para ser estrellas normales y demasiado tenues para ser galaxias. Los cuásares —que se sitúan entre estrellas y galaxias en términos de luminosidad— han sido, por tanto, candidatos posibles para estos objetos distantes.
Sin embargo, hasta ahora, los científicos no podían explicar por qué estos objetos no emiten radiación de alta energía detectable (es decir, rayos X y rayos gamma), que sí se observa provenir de cuásares en otros lugares del universo. Las estrellas de agujero negro podrían resolver este problema porque sus caparazones densos de gas podrían bloquear teóricamente gran parte de la radiación de alta energía que producen, enmascarando esencialmente su verdadera identidad.
No es la primera vez que los científicos sugieren que las estrellas de agujero negro podrían ser responsables de los LRD. Pero hasta ahora, los investigadores no lograban entender cómo se formaban estos objetos. Además, muchos de los LRD observados por los astrónomos son mucho más grandes que MoM-BH*-1, y no está claro cuán grandes podrían ser realmente las estrellas de agujero negro.
En su lugar, los investigadores sospechan que la mayoría de los LRD son en realidad mini-galaxias, cada una con una estrella de agujero negro en su núcleo. Si ese fuese el caso, tales configuraciones probablemente surgieron cuando estrellas de agujero negro chocaron con cúmulos estelares primordiales, propuso el equipo. Las imágenes de MoM-BH*-1 sugieren que podría chocar con una galaxia de ese tipo en unos 100 millones de años, lo que demuestra que esta idea es posible. (Es muy probable que los dos objetos se hubieran chocado hace mucho, pero aún no hemos visto la luz de tal interacción).
Los investigadores señalaron que MoM-BH*-1 podría ya formar parte de una estructura galáctica mayor, pero es tan brillante que “está iluminando a su galaxia anfitriona circundante, de modo que estamos viendo la luz pura de la estrella de agujero negro”, dijo Naidu.
Sin embargo, se necesita mucha más investigación antes de que los científicos puedan afirmar con confianza que todos los LRD están vinculados a estrellas de agujero negro.
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