Un estudio del JWST vincula los Pequeños Puntos Rojos con galaxias jóvenes y compactas

Los astrónomos que estudian los misteriosos Pequeños Puntos Rojos del telescopio espacial James Webb han desviado su atención de los brillantes centros de estos objetos hacia las galaxias que los rodean. Su análisis sugiere que los puntos se encuentran dentro de galaxias inusualmente compactas y de masa relativamente baja que están formando estrellas activamente.

Los hallazgos, publicados por Space.com, podrían ayudar a explicar por qué los objetos aparecen en el universo temprano, pero no se observan después de que el cosmos alcanza aproximadamente los dos mil millones de años. La investigación se publicó en Nature Astronomy a finales de agosto.

Un enigma del universo temprano

Los Pequeños Puntos Rojos, o LRD, son fuentes pequeñas y distantes identificadas en observaciones del JWST. Su aspecto compacto y su intenso brillo han llevado a los investigadores a debatir qué los alimenta. Entre las posibilidades se encuentran agujeros negros de rápido crecimiento, episodios intensos de formación estelar o una combinación de ambos.

Jorge Zavala, de la Universidad de Massachusetts Amherst y miembro del equipo de investigación, declaró a Space.com que los astrónomos no han encontrado objetos parecidos a los LRD en el universo cercano. Esto plantea la posibilidad de que representen una etapa temporal en el desarrollo de las galaxias o los agujeros negros, en lugar de una clase permanente de objeto cósmico.

La mayor parte de los trabajos anteriores se concentró en la fuente central de radiación porque domina la luz detectada de cada LRD. Este núcleo brillante, descrito en ocasiones como el motor central del objeto, es también la parte cuya naturaleza física sigue siendo incierta. La galaxia circundante es mucho más tenue, lo que dificulta examinarla por separado.

El nuevo estudio utilizó imágenes del JWST de 217 LRD para buscar esa emisión circundante más débil. Los investigadores interpretan la luz tenue como luz estelar procedente de las galaxias que albergan los objetos compactos. Estudiar esas galaxias anfitrionas ofrece una forma de preguntar si los LRD están asociados con determinadas condiciones o entornos galácticos, en lugar de aparecer independientemente de lo que los rodea.

Galaxias compactas con formación estelar activa

A partir de la luz de las galaxias anfitrionas, el equipo estimó las dimensiones típicas y las masas estelares de los sistemas. Las galaxias parecen tener unos 1.400 años luz de diámetro. En comparación con otras galaxias con formación estelar observadas a una distancia similar y en la misma época temprana, son aproximadamente 2,5 veces más compactas.

Las galaxias anfitrionas también parecen contener relativamente pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Los astrónomos se refieren colectivamente a estos elementos más pesados como metales, independientemente de que sean metálicos en el sentido cotidiano. Se espera una menor metalicidad en los sistemas cósmicos más jóvenes, antes de que sucesivas generaciones de estrellas hayan enriquecido su entorno.

En conjunto, los tamaños compactos, la formación estelar activa y la baja metalicidad apuntan a galaxias con densidades especialmente elevadas. Estas condiciones podrían favorecer poderosos brotes de nacimiento estelar. Zavala declaró a Space.com que esto plantea la posibilidad de que el fenómeno de los LRD esté relacionado con una intensa actividad de formación estelar o incluso sea generado por ella.

El resultado no resuelve si un agujero negro o las estrellas proporcionan la principal fuente de energía de un LRD. Sin embargo, sí ofrece a los investigadores un posible vínculo entre los objetos y el estado físico de sus galaxias anfitrionas. Los entornos densos también podrían ayudar a explicar las hipótesis que implican estrellas extremadamente masivas, ya sea como contribuyentes a la emisión central observada o como posibles precursoras de agujeros negros.

Qué podrían revelar las próximas observaciones

Los investigadores afirman que el trabajo actual es una pista importante, pero no una explicación completa. Siguen abiertas preguntas sobre si todas las galaxias o todos los agujeros negros atraviesan una etapa similar a la de los LRD, en qué terminan convirtiéndose estos objetos y si prefieren regiones particularmente densas del universo. Tampoco está claro si unas condiciones inusuales de materia oscura desempeñan algún papel.

Uno de los desafíos consiste en separar la luz de la galaxia anfitriona de la del motor central. El estudio se basó en la fotometría, que mide la cantidad de luz observada. Los trabajos futuros podrían utilizar la espectroscopia, que distribuye esa luz entre sus longitudes de onda componentes. Como distintas moléculas absorben y emiten en longitudes de onda características, la espectroscopia podría revelar la temperatura, la composición y otras propiedades físicas del gas de las galaxias anfitrionas.

La aparente desaparición de los LRD en el universo posterior también podría tener una explicación química. En general, las galaxias cercanas han experimentado miles de millones de años de evolución, lo que ha dejado su gas más enriquecido con elementos pesados. Esas condiciones modificadas podrían hacer que los procesos asociados con los LRD fueran menos probables o más difíciles de identificar.

Otra opción sería buscar galaxias cercanas que se parezcan a las galaxias anfitrionas tempranas. Su relativa proximidad permitiría a los investigadores examinar su estructura y química con mayor detalle. Este esfuerzo requeriría observaciones en múltiples longitudes de onda y datos de distintos telescopios.

Por ahora, el JWST ha aportado pruebas de que las galaxias que rodean a los Pequeños Puntos Rojos podrían ser fundamentales para resolver el misterio. Comprender esas tenues galaxias anfitrionas podría mostrar si los LRD son principalmente una señal del crecimiento de agujeros negros, una consecuencia efímera de los estallidos de formación estelar o una etapa determinada por ambos factores.