Las estrellas exóticas podrían funcionar con materia oscura
imágenes remotas/Getty
Es posible que hayamos visto los primeros indicios de estrellas extrañas impulsadas por materia oscura. Estas llamadas estrellas oscuras podrían explicar varios de los objetos más misteriosos del universo y, al mismo tiempo, darnos pistas sobre la verdadera naturaleza de la propia materia oscura.
Las estrellas normales se forman cuando una nube de gas colapsa sobre sí misma y el centro se vuelve tan denso que provoca una fusión nuclear. Esa fusión alimenta la estrella bombeando enormes cantidades de calor y energía al plasma y gas circundante.
Las estrellas oscuras podrían haberse formado de forma similar en el universo primitivo, cuando todo era más denso, especialmente la materia oscura. Si la nube que colapsó para formar una estrella tuviera suficiente materia oscura en su interior, la materia oscura comenzaría a chocar y aniquilarse mucho antes de que pudiera comenzar la fusión, emitiendo suficiente energía para hacer que la estrella oscura brillara y evitara que colapsara más.
La formación de una estrella oscura sería bastante sencilla, y ahora un equipo dirigido por Katherine Freese de la Universidad de Texas en Austin ha descubierto cómo sería su desaparición.
En una estrella regular masiva, una vez que se agotan el hidrógeno y el helio, la estrella fusiona elementos más pesados hasta que finalmente se queda sin combustible y colapsa para formar un agujero negro. Cuanto más material arrojes a la estrella, más rápido se llevará a cabo este proceso.
No ocurre lo mismo con las estrellas oscuras. “Se puede tomar una estrella ordinaria, de masa solar, ponerle algo de materia oscura de modo que la fuente de energía para esa estrella no sean reacciones nucleares sino aniquilación de materia oscura, y se puede seguir alimentándola. Mientras se siga alimentándola con suficiente materia oscura también, nunca pasará por la evolución nuclear que la mete en problemas”, dice George Fuller de la Universidad de California, San Diego, que formó parte del equipo de Freese.
Pero gracias a la relatividad general, la materia oscura sólo puede salvar a estos extraños gigantes durante un tiempo. Según la teoría de Albert Einstein, el campo gravitacional de un objeto no crece directamente con la masa: la gravedad engendra más gravedad. Con el tiempo, un objeto se vuelve tan grande que se vuelve inestable, y cualquier pequeña perturbación puede hacer que la gravedad se apodere de él y lo colapse en un agujero negro. Los investigadores calcularon que en el caso de las estrellas oscuras esto debería ocurrir con masas entre 1.000 y 10 millones de veces la del Sol.
Ese rango de masas convierte a las estrellas oscuras supermasivas en excelentes contendientes para explicar uno de los grandes misterios del universo primitivo: los agujeros negros supermasivos. Los astrónomos han detectado enormes agujeros negros en una etapa muy temprana de la historia del universo, pero no está claro cómo pudieron haberse formado tan rápidamente. Una de las principales hipótesis es que, en lugar de formarse a partir de estrellas normales, se formaron a partir de una especie de enorme “semilla”.
“Si tienes un agujero negro de 100 masas solares, ¿cómo diablos vas a conseguir hasta mil millones de masas solares en unos pocos cientos de millones de años? Simplemente no es posible si sólo estás creando agujeros negros a partir de estrellas estándar”, dice Freese. “Mientras que, si se empieza con semillas bastante grandes, eso realmente marca la diferencia”. Las estrellas oscuras podrían ser esas semillas.
Pero ese no es el único misterio del universo primitivo que las estrellas oscuras podrían abordar. El Telescopio Espacial James Webb (JWST) también ha detectado otros dos tipos inesperados de objetos, a los que han apodado pequeños puntos rojos y monstruos azules, respectivamente. Ambos son objetos extremadamente distantes y la explicación inmediata para cada uno es que son galaxias compactas.
Sin embargo, al igual que los agujeros negros supermasivos, estos objetos están demasiado distantes y, por lo tanto, demasiado tempranos en la historia del universo, para que podamos explicar fácilmente cómo se formaron; simplemente no había habido suficiente tiempo. A partir de las observaciones que tenemos de ellos, Freese y otro grupo de colegas calcularon que tanto los pequeños puntos rojos como los monstruos azules podrían ser en realidad estrellas oscuras individuales y extremadamente masivas.
Si son estrellas oscuras, debería haber una firma en su luz. Esta firma tiene que ver con una longitud de onda particular de luz que las estrellas oscuras, si existen, deberían absorber. Las estrellas normales (y las galaxias llenas de ellas) están demasiado calientes para absorber esta luz.
Freese y sus colegas encontraron indicios de esa absorción en las observaciones iniciales del JWST de varios de estos objetos distantes, pero los datos son demasiado ruidosos para decir con certeza que está allí. “En este momento, entre todos los candidatos que tenemos, hay dos cosas que podrían encajar igualmente bien en los espectros: una estrella oscura supermasiva o una galaxia entera de estrellas regulares”, dice Freese. “Si ves esta caída, seguro que no es una galaxia llena de estrellas normales, sino una estrella oscura. Pero por ahora todo lo que tenemos es una pequeña pista patética”.
No podemos decir que hayamos detectado definitivamente estrellas oscuras todavía, pero esto es un paso adelante. “Esto no es una prueba irrefutable profunda e inequívoca, pero es algo realmente bien motivado que están buscando, y hay algunos aspectos de lo que JWST está viendo que apuntan en ese tipo de dirección”, dice Dan Hooper de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Para determinar si estos objetos son realmente estrellas oscuras o no, necesitaremos más observaciones, idealmente a sensibilidades más altas, pero aún no está claro si JWST es capaz de alcanzar el nivel de detalle necesario para galaxias (o estrellas oscuras) tan lejanas.
“Confirmar la existencia de una estrella oscura sería un descubrimiento importante”, afirma Volodymyr Takhistov, de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía de Japón. Podría abrir una nueva ventana de observación de la física fundamental, afirma. Esto se debe a que las estrellas oscuras no sólo podrían resolver los misterios cósmicos de los agujeros negros supermasivos, los pequeños puntos rojos y los monstruos azules, sino que también podríamos utilizarlos para investigar la naturaleza de la materia oscura, sobre la que actualmente sabemos muy poco.
Este es particularmente el caso si son las semillas de los agujeros negros supermasivos. Freese, Fuller y su equipo calcularon que la masa con la que colapsarían y formarían agujeros negros depende de la masa de las partículas de materia oscura que se aniquilan en sus núcleos. Esto significa que podríamos utilizar agujeros negros supermasivos para medir, o al menos limitar, las propiedades de la materia oscura. Por supuesto, primero tenemos que confirmar que las estrellas oscuras existen. “Si estas cosas existen, son raras”, dice Hooper. “Raro, pero extraordinario”.
Misterios del universo: Cheshire, Inglaterra
Pase un fin de semana con algunas de las mentes más brillantes de la ciencia, mientras explora los misterios del universo en un emocionante programa que incluye una excursión para ver el icónico Telescopio Lovell.
Temas: