Los “pequeños puntos rojos” del JWST ofrecen a los astrónomos el enigma más extraño del universo
La búsqueda del telescopio espacial James Webb de las primeras estrellas y agujeros negros ha arrojado un enigma muy extraño y muy rojo.
Galaxias lejanas salpican el vacío como joyas dispersas o granos de arena en esta imagen de campo profundo del Telescopio Espacial James Webb. Las galaxias más distantes en tales imágenes tienden a aparecer como pequeñas manchas rojizas.
NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)
Los avances tecnológicos a menudo revelan enigmas que se esconden bajo la superficie de la realidad. Las cámaras infrarrojas, por ejemplo, ayudaron descubrir un retrato oculto hace una década dentro La habitación azul, una de las primeras obras maestras de Picasso. Las cámaras perforaron las pinceladas superpuestas del artista para revelar un boceto de un hombre elegante y misterioso que llevaba pajarita y tres anillos y se sujetaba la barbilla. Como de costumbre, este descubrimiento planteó más preguntas de las que respondió: ¿Quién era este caballero y por qué Picasso había enterrado su imagen bajo gruesas pinturas?
Los ojos infrarrojos de la NASA Telescopio espacial James Webb (JWST)), el observatorio extraterrestre más avanzado construido hasta ahora, también ha revelado algo críptico y mucho más profundo que un hombre barbudo. Esta vez, el misterio se encuentra debajo de la superficie de los objetos más tenues del universo antiguo. El escrutinio con visión de futuro del JWST ha revelado la existencia de una población enigmática de galaxias en el universo temprano previamente desconocida para los astrónomos. Al igual que el hombre misterioso de Picasso, estas galaxias, pequeñas manchas rojizas apodadas acertadamente “pequeños puntos rojos”(LRD)—parecen extraños y fuera de lugar.
JWST es un potente telescopio diseñado específicamente para estudiar el “amanecer cósmico”, la época del universo temprano en la que nacieron las primeras estrellas y los agujeros negros. La luz de esa época que nos llega hoy es extremadamente tenue, atenuada después de un largo viaje a través de miles de millones de años luz. Y, aunque comenzó como luz ultravioleta y visible, el brillo de estos objetos se ha desplazado al rojo hacia el infrarrojo, un fenómeno causado por la expansión del espacio que estira las longitudes de onda de la luz a medida que cruza el cosmos. Recogiendo esta luz, JWST ha revelado Galaxias más débiles y más lejanas que nuncaY, sorprendentemente, muchas de estas galaxias son más rojas y compactas de lo que se esperaba.
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Estos pequeños puntos rojos han despertado la imaginación de astrónomos de todo el mundo, ya que podrían tener importantes implicaciones para nuestra comprensión de la evolución cósmica. Sin embargo, hasta la fecha, su naturaleza exacta y lo que nos dicen exactamente sobre el universo primitivo sigue siendo incierto.
Sin embargo, algunas cosas están claras. La mayoría de los LRD brillaron durante un período relativamente corto que duró mil millones de años y comenzaron unos 600 millones de años después. el Big Bang. En un misterio tentador, fuera de su antigua luz reliquia captada por JWST, parece no haber rastro de ellos en el universo actual. ¿Por qué desaparecieron? ¿O en qué se transformaron? Su repentina desaparición es un profundo enigma.
Su enrojecimiento distintivo no es simplemente una cuestión de desplazamiento hacia el rojo, sino que indica que emitían grandes cantidades de luz en longitudes de onda más largas y rojas. No se sabe si esto se debe a una galaxia intrínsecamente roja o, en cambio, a grandes cantidades de polvo que pueden enrojecer la luz. desconocido. Su tamaño compacto también es desconcertante: un LRD típico tiene un radio aproximado de no más de 500 años luzmientras que para algunos de ellos puede ser menor que 150 años luzNuestra propia galaxia, la Vía Láctea, en el universo “local” actual, es más de 100 veces más grande!
Esto es todo lo que sabemos. El camino que tenemos ante nosotros ahora se bifurca en al menos dos ramales; Los pequeños puntos rojos son galaxias que albergan un agujero negro supermasivo central; o son galaxias que albergan una gran cantidad de estrellas en un volumen pequeño. Cada interpretación tiene problemas.
En primer lugar, las pistas sugieren firmemente que, al igual que todas las grandes galaxias que vemos en nuestro universo local, estas LRD del universo temprano albergan un agujero negro supermasivo central, uno entre unos pocos millones y unos cientos de millones de veces el masa de nuestro sol. Podemos determinarlos por sus espectros, el gráfico en forma de arco iris de longitudes de onda o colores individuales de la luz que emiten. Los agujeros negros en sí no emiten luz, pero la materia que cae en ellos libera grandes cantidades de radiación. brillando poderosamente para ayudar a detallar su desaparición. Los espectros astronómicos pueden indicar qué tan rápido se mueve el gas alrededor de un agujero negro, luchando contra su inmenso campo gravitacional y permitiendo efectivamente pesar el agujero negro. Esta firma (la ampliación de algunas características en los espectros) es Presente en la mayoría de los LRD, lo que indica velocidades de gas de miles de kilómetros por segundo, tal como se esperaría de un material que se dirige en espiral hacia su perdición cerca de un agujero negro supermasivo.
Concepto artístico de un agujero negro supermasivo con millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, que se alimenta de un disco de acreción giratorio de gas y polvo y produce un poderoso chorro de radiación y partículas.
Sin embargo, la hipótesis de los agujeros negros también tiene algo extraño. Una fracción significativa de la luz producida por el material que cae en un agujero negro se presenta en forma de rayos X. Por lo tanto, los pequeños puntos rojos deberían ser visibles para los telescopios de rayos X si contienen agujeros negros supermasivos. En uno de los giros argumentales más desconcertantes de la astronomía moderna, ellos no son: la mayoría de los LRD descubiertos hasta ahora muestran no hay señales de emisión de rayos X.
Y las rarezas siguen llegando. En el universo cercano, correlaciones profundas—o relaciones de escala—existen entre la masa de un agujero negro central y el número de estrellas en su galaxia anfitriona. Normalmente, la masa de un agujero negro de este tipo es aproximadamente el 0,1 por ciento de la masa total de las estrellas de su galaxia, una pista de que estos dos objetos astronómicos profundamente diferentes de alguna manera coevolucionadoSi los LRD contienen agujeros negros supermasivos, estos parecerían mucho más masivos que lo que dictaría esa conocida relación de escala, con un peso que podría llegar a ser alucinante. 40 por ciento de la masa estelar de toda su galaxia. Esta peculiaridad podría ser una evidencia crucial para establecer cómo se formaron los primeros agujeros negros en incluso épocas cósmicas anteriores apenas sondeado ni siquiera por JWST.
¿Y si los pequeños puntos rojos solo contienen estrellas? Los agujeros negros que se alimentan de materia son generalmente mucho más eficiente Las estrellas producen más luz que las estrellas, por lo que para que las estrellas produzcan la cantidad de luz que se observa en estas galaxias, se necesitan cantidades enormes. Imaginemos que se puede meter el equivalente a una Vía Láctea llena de estrellas en un volumen con un radio 100 veces menor que el de nuestra galaxia espiral habitual. Si colocáramos una esfera centrada en nuestro Sol y con un radio de 4,24 años luz, contendría solo otra estrella: Próxima Centauri. La misma esfera colocada en uno de estos LRD contendría, en promedio, más de un millón de estrellas. La canción “A Sky Full of Stars” adquiriría allí un significado completamente nuevo.
¿Qué son, entonces, estas misteriosas apariciones tan cercanas al amanecer cósmico? La verdad es que no lo sabemos, todavía. Las futuras investigaciones con el JWST, especialmente en longitudes de onda más largas en el infrarrojo, para investigar la emisión de estructuras polvorientas alrededor de agujeros negros supermasivos centrales, podría ayudar. Además, se pueden realizar observaciones de rayos X más profundas, también con observatorios de rayos X de alta resolución de próxima generación, como el propuesto. EJE—Se espera que detecten fotones de alta energía de los LRD.
Al igual que el misterioso caballero con pajarita de Picasso, estos enigmáticos objetos parecen habitar una realidad alternativa, una que cuenta una historia de un capítulo inexplorado de la historia cósmica. Con el tiempo, los astrónomos los reconciliarán con nuestra comprensión actual de la maquinaria del universo. Por el momento, sin embargo, seguimos preguntándonos, asombrados y buscando respuestas.
Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores no son necesariamente las de Científico americano.