Los astrónomos esperaban que el telescopio espacial James Webb encontrara galaxias pequeñas y simples en el borde del tiempo observable. Lo que obtuvieron en su lugar fueron “monstruos azules” que brillaban demasiado y “pequeños puntos rojos” que se niegan a una clasificación fácil. Resulta que el universo primitivo no cooperaba con las predicciones.
Un equipo dirigido por Cosmin Ilie de la Universidad de Colgate sostiene ahora que estas anomalías podrían compartir un origen común: podrían ser estrellas oscuras, hipotéticos gigantes alimentados no por la fusión nuclear sino por la aniquilación de partículas de materia oscura. La propuesta, publicada en la revista Universe, sugiere que las estrellas oscuras podrían resolver simultáneamente tres enigmas distintos del amanecer cósmico.
Enorme, fresco y hambriento
Imagínese un objeto celeste tan vasto que su radio abarca diez veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Su superficie no brillaría con el blanco cegador de una estrella masiva estándar, sino que aparecería como un carmesí profundo y hirviendo o un violeta suave y brumoso, envuelto en gas hidrógeno. Mientras las estrellas ordinarias corren frenéticamente contra su propia gravedad, quemando combustible, estas estrellas oscuras se sentarían silenciosamente en los centros de los halos de materia oscura, engordando sobre partículas invisibles.
La física funciona de manera diferente a los modelos estelares convencionales. Las estrellas masivas normales se calientan y eliminan el gas circundante que las alimenta, lo que limita su crecimiento. Las estrellas oscuras permanecen relativamente frías porque su energía proviene de la aniquilación de la materia oscura y no de la fusión nuclear. Esto les permite aspirar casi todo el gas en su vecindad, alcanzando millones de masas solares.
Los monstruos azules que JWST sigue encontrando son extremadamente luminosos, ultracompactos y casi libres de polvo. Antes del lanzamiento, ninguna simulación predijo que tales objetos deberían existir en una etapa tan temprana de la historia cósmica. El equipo de Ilie sostiene que podrían tratarse de estrellas oscuras supermasivas individuales en lugar de cúmulos de miles de millones de estrellas ordinarias. Mientras tanto, los pequeños puntos rojos parecen ser agujeros negros activos rodeados por densas envolturas de gas. Exactamente lo que se esperaría si una estrella oscura supermasiva finalmente colapsara por su propio peso.
Lo sorprendente es cómo la evidencia espectroscópica está empezando a alinearse. Los investigadores encontraron características de absorción de helio en las firmas luminosas de objetos llamados JADES-GS-z13-0 y JADES-GS-z14-0, patrones predichos por modelos de estrellas oscuras pero difíciles de explicar de otra manera. Aún se debate si esto constituye una prueba irrefutable, pero la alineación es difícil de descartar.
El problema del agujero negro tiene una solución
Más allá de los enigmas visuales, las estrellas oscuras ofrecen algo que los cosmólogos estaban desesperados por: un mecanismo para explicar los agujeros negros supermasivos. Los científicos han luchado por explicar cómo los agujeros negros que pesan diez millones de soles pudieron existir sólo unos cientos de millones de años después del Big Bang. Los modelos estándar requieren que los agujeros negros crezcan a partir de restos estelares, un proceso demasiado lento para producir lo que JWST está observando.
Debido a que las estrellas oscuras pueden crecer tanto antes de morir, su colapso proporciona una semilla pesada. En lugar de partir de un agujero negro de unas docenas de veces la masa del Sol y acumular lentamente material durante miles de millones de años, estos primeros agujeros negros comenzarían siendo masivos. Una galaxia como UHZ1, observada cuando el universo tenía sólo el tres por ciento de su edad actual, alberga un agujero negro que casi no tuvo tiempo de crecer de manera convencional. El colapso de la estrella oscura ofrece un camino que realmente se ajusta a la línea de tiempo.
“Algunos de los misterios más importantes que plantean los datos del amanecer cósmico del JWST son, de hecho, características de la teoría de la estrella oscura”, explica Cosmin Ilie.
Si finalmente se confirman las estrellas oscuras, las implicaciones se extenderán mucho más allá de explicar las extrañas imágenes del JWST. Debido a que su fuente de energía depende de la naturaleza de la propia materia oscura, estudiarlas podría ayudar a limitar las propiedades de las partículas que constituyen la mayor parte de la masa del universo. Durante décadas, los físicos han intentado detectar la materia oscura directamente sin éxito. Las estrellas oscuras podrían ofrecer una aproximación indirecta, visible a través de miles de millones de años luz.
Nada de esto está probado todavía, al menos por ahora. Pero el amanecer cósmico está resultando más extraño de lo que nadie había anticipado, y las estrellas oscuras encajan notablemente bien con esa extrañeza.
Universo: 10.3390/universo12010001
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