Cosmos · · 4 min read
Los datos de Webb plantean la posibilidad de estrellas oscuras en el universo temprano
Tres objetos distantes observados por Webb podrían ser estrellas oscuras, lo que ofrecería una posible explicación para la rápida aparición de agujeros negros enormes.
Los astrónomos que estudian las observaciones del telescopio espacial James Webb han identificado tres objetos cuya luz podría proceder de estrellas oscuras en lugar de galaxias tempranas ordinarias, según Sky at Night Magazine. Los espectros disponibles aún no son lo bastante claros como para decidir entre ambas posibilidades.
Los objetos forman parte de un grupo de 700 fuentes probables del universo temprano identificadas en los datos de Webb de 2022. Solo nueve de esas fuentes tienen espectros lo bastante precisos como para permitir una identificación detallada. Una está confirmada como una galaxia temprana porque su luz contiene las firmas de varios elementos. Otras tres siguen siendo posibles estrellas oscuras o galaxias, mientras que las pruebas sobre los objetos restantes no bastan para determinar su naturaleza.
La distinción es importante porque las estrellas oscuras ofrecerían una perspectiva diferente de cómo se formaron las primeras estructuras grandes. También podrían contribuir a explicar por qué se observan agujeros negros extremadamente masivos tan pronto en la historia cósmica.
Un tipo diferente de primera estrella
Las estrellas oscuras son candidatas teóricas a ser las primeras estrellas, surgidas aproximadamente 200 millones de años después del Big Bang. Al igual que las primeras estrellas ordinarias, comenzarían con el hidrógeno y el helio producidos en el Big Bang. Sin embargo, su fuente de energía no sería inicialmente la fusión nuclear.
Se espera que estas estrellas se formen en los centros de proto-galaxias jóvenes, regiones que contienen cantidades especialmente grandes de materia oscura. Cuando el gas de hidrógeno comenzara a colapsar, las partículas de materia oscura podrían aniquilarse entre sí. Los fotones y otras partículas resultantes quedarían atrapados en el gas y transferirían la energía de la materia oscura al objeto en desarrollo.
Esa energía podría detener el colapso y crear un cuerpo similar a una estrella. El nombre estrella oscura se refiere a su fuente de energía, no a su apariencia: los objetos podrían ser extraordinariamente brillantes. Sus interiores serían relativamente fríos, con temperaturas similares a las de la superficie del Sol, pero su enorme tamaño les permitiría brillar intensamente.
Sin la radiación de alta energía producida por una superficie más caliente, el objeto podría seguir acumulando material. Las estrellas oscuras teóricas podrían llegar a alcanzar aproximadamente un millón de veces la masa del Sol y brillar con una luminosidad de alrededor de mil millones de veces la del Sol. A esa escala, una sola estrella oscura podría parecer tan brillante como una galaxia joven formada por numerosas estrellas convencionales.
Su duración dependería del acceso a la materia oscura. Una estrella oscura podría mantenerse activa durante millones o incluso miles de millones de años mientras dispusiera de combustible. Si saliera de un entorno denso en materia oscura, su fuente de energía se debilitaría y la estrella comenzaría a contraerse y calentarse.
El desafío de Webb: ¿estrella o galaxia?
Los investigadores están utilizando las diferencias entre la luz estelar y la galáctica para poner a prueba la hipótesis. Una galaxia joven debería contener muchas estrellas y, por tanto, mostrar en su espectro indicios de una variedad de elementos químicos. En cambio, una estrella oscura debería estar compuesta únicamente de hidrógeno y helio.
Con la resolución disponible actualmente, cualquiera de los dos tipos de fuente podría aparecer como un único punto de luz. En principio, una galaxia podría revelar más información mediante su tamaño o forma aparentes, pero las enormes distancias implicadas lo dificultan. Por tanto, la espectroscopia ofrece la prueba más importante, y las mediciones existentes aún no son lo bastante sólidas para tres de los objetivos de Webb.
Sky at Night Magazine analizó la investigación con Katherine Freese, directora del Weinberg Institute for Theoretical Physics y titular de una cátedra de física en la University of Texas, Austin. Freese está especializada en cosmología teórica y física de astropartículas, y ha trabajado en la explicación basada en las estrellas oscuras.
Posibles semillas para agujeros negros gigantes
Las estrellas oscuras también podrían conectar la primera generación estelar con los agujeros negros masivos observados en el universo joven. Cuando un entorno rico en materia oscura deja de sostener una estrella oscura muy grande, su colapso podría terminar de manera diferente según su masa. Un objeto más pequeño podría desarrollar un núcleo caliente impulsado por la fusión. En cambio, una estrella oscura cercana a un millón de masas solares podría colapsar y convertirse en un agujero negro.
Los astrónomos han encontrado agujeros negros con masas de alrededor de mil millones de soles en una etapa inesperadamente temprana de la historia cósmica. Si numerosas estrellas oscuras produjeran semillas de agujeros negros de aproximadamente un millón de masas solares, esas semillas podrían fusionarse y llegar a formar los agujeros negros supermasivos observados en épocas posteriores.
La próxima oportunidad para poner a prueba la interpretación basada en las estrellas oscuras podría proceder de objetos ampliados por lentes gravitacionales. Cuando un cuerpo masivo se encuentra entre la Tierra y una fuente distante, su gravedad curva la luz de la fuente y puede magnificarla. Unas mejores observaciones de esos objetos del universo temprano amplificados de forma natural podrían proporcionar espectros más nítidos y facilitar la determinación de si los candidatos son estrellas inusuales o galaxias jóvenes.