Un equipo de investigadores del MIT y otras instituciones identificó un objeto de características únicas en el universo temprano: una mancha roja y extremadamente brillante que combina rasgos de una estrella gigante con la potencia energética propia de un agujero negro.
El hallazgo, publicado en la revista Nature, fue posible gracias al Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA y podría resolver uno de los misterios más debatidos de la astronomía moderna.
El objeto, al que los científicos denominaron MoM-BH*-1, se encuentra en el universo primigenio, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang. Su tamaño es comparable al del sistema solar, pero emite cien mil millones de veces más energía de la que cualquier estrella conocida puede producir físicamente. Esa combinación de propiedades no encaja en ninguna categoría astronómica existente.
"Nuestra imagen de este objeto evoluciona muy rápidamente", dijo Rohan Naidu, autor principal del estudio, NASA Hubble Fellow y Pappalardo Fellow en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.
"Creemos que hay un agujero negro central con una masa cien mil veces mayor que la del sol. Y alrededor de ese agujero negro habría una envoltura de gas muy extensa que parece una estrella del tamaño del sistema solar. Es enorme", destacó.
En estas imágenes del Telescopio Espacial James Webb (JWST), el agujero negro se distingue como un pequeño punto rojo. Estos pequeños puntos rojos son muy comunes en las imágenes del JWST.
El descubrimiento no fue intencional. Naidu y sus colegas buscaban las galaxias más lejanas y antiguas dentro de un relevamiento que llamaron "Mirage or Miracle" (MoM). En ese contexto, al revisar las imágenes del JWST, repararon en una señal que no se parecía a ninguna otra: un punto muy rojo y muy brillante que no respondía a los patrones habituales.
Qué hace tan peculiar a este objeto
La primera sospecha del equipo fue que el color rojo intenso obedecía a la presencia de polvo cósmico, un fenómeno conocido. "Cuando vemos algo muy rojo en el universo, solemos asumir que está rodeado de polvo, como hollín o ceniza", explicó Robert Simcoe, director del MKI y coautor del estudio.
"De la misma manera en que el humo de los incendios forestales de Canadá hizo que el cielo de Boston pareciera rojo, los objetos astronómicos también pueden aparecer más rojos de su color intrínseco cuando se los observa a través de un velo de polvo", agregó.
Sin embargo, la composición espectral del punto no coincidía con esa explicación. El análisis reveló una caída abrupta de la luz por debajo de ciertas longitudes de onda —una firma conocida como "ruptura de Balmer"— que normalmente aparece en estrellas densas con cientos de millones de años. Además, la señal del objeto no contenía casi ningún rastro de metales ni de elementos que no fueran hidrógeno y helio.
"La ruptura que observamos en este objeto es la más profunda que jamás hayamos observado en ningún objeto, lo que descarta a las estrellas 'ordinarias' como fuente", afirmó Naidu. "Pero nos hizo preguntarnos si estábamos viendo un nuevo tipo de 'atmósfera estelar', aunque a una escala espectacular", señaló.
Para encontrar una explicación, el equipo corrió simulaciones con distintas combinaciones de características astrofísicas. Los modelos señalaron que el punto rojo podría ser una fuente de energía muy poderosa, envuelta en una densa capa de hidrógeno.
Eso explicaría la ruptura de Balmer y la ausencia de metales, pero no el brillo extremo. La fusión nuclear —el mecanismo que alimenta a todas las estrellas conocidas— no puede generar esa cantidad de energía. Los agujeros negros, en cambio, sí.
Al incorporar un agujero negro activo en acreción dentro de sus simulaciones, los investigadores encontraron el escenario que mejor se ajustaba a las observaciones del JWST: un núcleo de agujero negro con una masa equivalente a cien mil soles, rodeado por una envoltura densa de hidrógeno del tamaño del sistema solar. Así nació el concepto de "estrella de agujero negro".
Un posible origen para los "puntitos rojos" del universo temprano
El hallazgo tiene implicancias que van más allá de MoM-BH*-1. Desde que el JWST comenzó a operar, prácticamente todas sus imágenes del universo profundo muestran pequeñas manchas rojas cuyo origen generaba controversia.
"Estos puntitos rojos parecen estar en todas partes en el universo temprano, pero esencialmente desaparecen en el presente", señaló Naidu. "Lo que exactamente son estos objetos ha sido uno de los temas más debatidos de la era del JWST", afirmó.
La hipótesis del equipo es que muchos de esos puntos también podrían ser estrellas de agujero negro, aunque menos brillantes que MoM-BH-1. Lo que diferencia a este objeto es que el agujero negro supera en luminosidad a toda la galaxia que lo contiene.
"Lo que tiene de especial MoM-BH-1 es que la estrella de agujero negro prácticamente eclipsa por completo a su galaxia anfitriona circundante, de modo que estamos viendo luz pura de estrella de agujero negro", puntualizó Naidu.
El estudio contó con la participación de Wendy Sun, estudiante del MIT, junto a colaboradores de múltiples instituciones. La investigación recibió financiamiento del Departamento de Física del MIT, la NASA y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
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