Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb pueden estar cerca de resolver el misterio de los “pequeños puntos rojos” en el universo primitivo. El equipo ha estudiado uno de estos extraños objetos, denominado GLIMPSE-17775, y ha encontrado evidencia de que se trata de una estrella agujero negro: un agujero negro supermasivo que se alimenta vorazmente y crece envuelto en una densa nube de gas parcialmente ionizado.
Pequeños puntos rojos comenzaron a aparecer por primera vez cuando el Telescopio Espacial James Webb (JWST) comenzó a enviar datos a la Tierra en el verano de 2022. Algunos científicos dijeron que tenían una “cosmología rota” porque aparecen en grandes cantidades alrededor de 600 millones de años después del Big Bang, pero parecen desaparecer antes de que el universo alcance los 2 mil millones de años. Se han propuesto varias explicaciones para los pequeños puntos rojos, pero una que ha surgido como favorita es el concepto de estrellas con agujeros negros. Si existen estrellas con agujeros negros, la desaparición del pequeño punto rojo sería el resultado de sus intensos y breves períodos de crecimiento que hacen que se quemen, o porque los agujeros negros supermasivos en crecimiento en sus centros eventualmente eliminan el gas denso y el polvo que los oscurece, cambiando su apariencia a medida que evolucionan hacia galaxias activas más típicas.
El problema, sin embargo, es que los astrónomos no han podido reunir evidencia observacional de que los pequeños puntos rojos sean en realidad estrellas con agujeros negros. Eso fue hasta que el JWST tomó imágenes del pequeño punto rojo GLIMPSE-17775, visto tal como era sólo 1.800 millones de años después del Big Bang, mientras realizaba observaciones del cúmulo de galaxias con lentes gravitacionales Abell S1063. Estos datos representan el espectro de luz más profundo de un pequeño punto rojo recopilado hasta la fecha y, según este equipo, contienen múltiples líneas de evidencia que apuntan a una estrella agujero negro.
“Creo que parte de la comunidad científica está convergiendo en una imagen singular: que los pequeños puntos rojos pueden explicarse mediante modelos de estrellas de agujeros negros. Pero ninguno de los pequeños puntos rojos anteriores tiene todas las pruebas en el mismo lugar”, dijo en un comunicado Vasily Kokorev de la Universidad de Texas en Austin. “Con GLIMPSE-17775 podemos probar estos modelos debido a lo profundo y sorprendente que es el espectro de esta fuente”.
Resolviendo el pequeño rompecabezas del punto rojo con la mano de Einstein
El JWST vislumbró GLIMPSE-17775 mientras buscaba la primera generación de estrellas en nuestro universo, llamadas de manera algo confusa estrellas de “Población III”. El telescopio buscó estas estrellas en particular en las galaxias que componen el cúmulo de galaxias Abell S1063.
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Por otra parte, Abell S1063 es una lente gravitacional, lo que significa que su enorme influencia gravitacional en realidad curva la estructura del espacio y el tiempo (unidos como una única entidad de cuatro dimensiones llamada espaciotiempo). Esto, a su vez, significa que un objeto “detrás” del cúmulo de galaxias que emite luz hacia nuestro punto de vista tendría su trayectoria de luz curvada en conjunto con la curva del espacio-tiempo. Esto puede crear un efecto de lupa.
El concepto de lentes gravitacionales fue predicho por primera vez por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general, y así es como los científicos pudieron observar GLIMPSE-17775, esencialmente convirtiendo 30 horas de observación en aproximadamente 80.
“Cuando vimos el espectro por primera vez, fue como tener todas las piezas de un rompecabezas esparcidas por el suelo”, dijo Kokorev. “Recogimos cada pieza del rompecabezas, medimos las líneas y comenzamos a combinar las diferentes piezas en un mosaico. Quizás algunas piezas parecían nada al principio, pero luego un par de ellas se juntaron y nos dimos cuenta de que había algo allí”.
El equipo identificó varias líneas de evidencia en las observaciones del JWST que indican que el “pequeño punto rojo” GLIMPSE-17775 es de hecho una estrella agujero negro. Esto incluye emisiones de elementos que no se ajustan a lo que se esperaría en una nube de gas en rotación. En cambio, las líneas de emisión indican la dispersión de electrones, que se espera cuando una fuente de radiación está envuelta por un vasto y denso capullo de gas. También eran indicativos de una densa capa de gas los signos de fluorescencia y radiación que absorbe helio.
El equipo también vio líneas espectrales de hierro, que el equipo denominó “bosque de hierro”. Esto es algo que se espera como resultado de la producción de alta energía de un agujero negro supermasivo que se alimenta rápidamente: una estrella agujero negro. Si pequeños puntos rojos están acumulando rápidamente agujeros negros supermasivos envueltos por densas envolturas de gas, esto explicaría por qué estos misteriosos objetos son tan débiles en rayos X, ya que estos capullos deberían absorber esta radiación de alta energía.
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Sin embargo, falta algo en las observaciones de GLIMPSE-17775.
Los pequeños puntos rojos suelen tener una fuerte caída característica en el espectro de luz que emiten, lo que se conoce como “Balmer Break”. El equipo cree que esta característica es más débil en este pequeño punto rojo que en otros porque GLIMPSE-17775 está rodeado por una enorme galaxia anfitriona. Por lo tanto, los datos del equipo encajan como una pieza faltante del rompecabezas de los pequeños puntos rojos, y encajan muy bien con nuestra comprensión de la evolución del universo.
“Todo encaja, nada está roto, y creo que eso hace que el rompecabezas que es nuestro universo sea aún mejor”, concluyó Kokorev. “De cara al futuro, estoy ansioso por profundizar más y aprender sobre lo que alimenta los motores centrales de pequeños puntos rojos. Aunque pensamos que es un agujero negro, se están proponiendo otras teorías interesantes, lo cual es emocionante. Quizás en uno o dos años tengamos la respuesta final a lo que alimenta estas fuentes”.
La investigación del equipo fue publicada el miércoles (10 de junio) en The Astrophysical Journal.