Olvídese de los «pequeños hombres verdes»: son los «pequeños puntos rojos» del universo naciente los que llamaron la atención del Telescopio Espacial James Webb (JWST).
Los científicos dicen que estos extraños cuerpos rojos esconden estrellas que, según los modelos, son «demasiado viejas» para haber existido en los primeros tiempos cósmicos y agujeros negros que son miles de veces más grandes que el agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea. Los científicos creen que estos objetos deben haber llegado a existir de una manera única en el universo primitivo, mediante un método que parece haber cesado en el cosmos después de aproximadamente mil millones de años de existencia.
Los tres pequeños puntos rojos son visibles tal y como eran cuando el Universo tenía entre 600 y 800 millones de años. Aunque esto pueda parecer un tiempo extremadamente largo después del Big Bang, el hecho de que el Universo tenga 13.800 millones de años significa que no tenía más del 5% de su edad actual cuando estos objetos existían.
Al confirmar la existencia de estos puntos en el universo temprano, estos hallazgos del JWST podrían desafiar lo que sabemos sobre la evolución de las galaxias y los agujeros negros supermasivos en sus corazones.
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El equipo, dirigido por científicos de la Universidad Penn State, observó estas misteriosas rarezas cósmicas carmesí mientras estudiaba el universo temprano con el instrumento Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) de JWST como parte de la investigación RUBIES.
«Es muy confuso», dijo el miembro del equipo Joel Leja, profesor asistente de astronomía y astrofísica en Penn State. dijo en un comunicado. “Se puede hacer que esto sea incómodamente compatible con nuestro modelo actual del universo, pero sólo si evocamos alguna formación exótica e increíblemente rápida al principio de los tiempos.
“Este es sin duda el conjunto de objetos más singular e interesante que he visto en mi carrera. »
¿Qué hay detrás de los puntos?
Los investigadores estudiaron la intensidad de diferentes longitudes de onda de luz provenientes de pequeños puntos rojos. Descubrieron signos de que estas estrellas tenían cientos de millones de años, mucho más de lo que se esperaba de las estrellas en esta etapa temprana del cosmos.
Los investigadores también observaron rastros de agujeros negros supermasivos en las regiones de los pequeños puntos rojos, cuya masa equivale a la de millones, incluso miles de millones, de soles. Estos agujeros negros son entre 100 y 1.000 veces más masivos que Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, situado a sólo 26.000 años luz de la Tierra.
Estos dos descubrimientos no son predecibles según los modelos actuales de evolución cósmica, crecimiento de galaxias o formación de agujeros negros supermasivos. Todas estas teorías sugieren que las galaxias y los agujeros negros supermasivos crecen al mismo ritmo, pero este crecimiento lleva miles de millones de años.
«Confirmamos que parecen estar llenos de estrellas antiguas -de cientos de millones de años- en un universo que es sólo un [600 million to 800 million years] «Es notable que estos objetos tengan el récord de las primeras firmas de luz estelar antigua», dijo en el comunicado Bingjie Wang, investigadora postdoctoral en Penn State. «Fue completamente inesperado encontrar estrellas viejas en un universo muy joven. Los modelos estándar de cosmología y formación de galaxias han tenido un éxito increíble, pero estos objetos luminosos no encajan perfectamente en estas teorías».
El equipo detectó por primera vez estos pequeños puntos rojos utilizando JWST en julio pasado. En ese momento, los investigadores sospecharon inmediatamente que estos objetos eran en realidad galaxias que existieron hace unos 13.500 millones de años.
Un estudio más detallado de los espectros luminosos de estos objetos confirmó que se trataba de galaxias que vivieron en los albores de los tiempos y también reveló que agujeros negros supermasivos «descubiertos» y estrellas increíblemente «viejas» alimentaban la impresionante producción de luz de los puntos rojos.
El equipo aún no sabe con certeza cuánta luz de los pequeños puntos rojos proviene de cada una de estas fuentes. Esto significa que estas galaxias son sorprendentemente antiguas y más masivas que la Vía Láctea, ya que se formaron mucho antes de lo que predicen los modelos, o que tienen una masa normal pero de alguna manera son agujeros negros excesivamente masivos: vacíos que son mucho más masivos de lo que sería una galaxia similar. tenemos en la época actual del cosmos.
«Es difícil distinguir entre la luz de la materia que cae en un agujero negro y la luz emitida por las estrellas en estos objetos pequeños y distantes», dijo Wang. “La incapacidad de diferenciar los datos actuales deja mucho espacio para la interpretación de estos intrigantes objetos. »
¡Este no es un agujero negro supermasivo ordinario!
Por supuesto, todos los agujeros negros tienen límites que atrapan la luz llamados «horizontes de sucesos», lo que significa que cualquier cantidad de luz que aporten a los pequeños puntos rojos debe provenir de la materia que los rodea y no de su interior.
La enorme influencia gravitacional de los agujeros negros genera condiciones turbulentas en esta materia, que también alimentan con el tiempo al agujero negro, calentándolo y haciéndolo brillar intensamente. Las regiones alimentadas de esta manera por agujeros negros supermasivos se denominan «cuásares» y las regiones de sus galaxias en las que se encuentran se conocen como «núcleos galácticos activos (AGN)».
Estas regiones de agujeros negros de “punto rojo” recién descubiertas podrían ser diferentes de otros quásares, incluso de aquellos que JWST ha observado anteriormente en el universo temprano. Por ejemplo, los agujeros negros con manchas rojas parecen producir mucha más luz ultravioleta de lo esperado. Sin embargo, lo más impactante de estos agujeros negros supermasivos sigue siendo su masa aparente.
“Normalmente, los agujeros negros supermasivos están asociados con galaxias”, explica Leja. “Crecen juntos y viven juntos todas las grandes experiencias de sus vidas. Pero aquí tenemos un agujero negro adulto completamente formado que vive dentro de lo que debería ser una pequeña galaxia. »
“En realidad no tiene sentido, porque estas cosas deberían crecer juntas, o al menos eso es lo que pensábamos. »
Las galaxias de puntos rojos también son sorprendentes. Parecen mucho más pequeñas que otras galaxias, aunque contienen casi la misma cantidad de estrellas. Esto significa que las galaxias de punto rojo parecen estar formadas por entre 10 y 1 billón de estrellas agrupadas en una galaxia de unos pocos cientos de años luz de diámetro y 1.000 veces más pequeña en volumen que la Vía Láctea.
Para poner esto en contexto, si la Vía Láctea se redujera al tamaño de una de estas galaxias de punto rojo, entonces la estrella más cercana al Sol (Próxima Centauri, que está a 4,2 años luz de distancia) se encontraría en el sistema solar. . Además, la distancia entre la Tierra y el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, Sgr A*, se reduciría de 26.000 años luz a sólo 26 años luz. El agujero negro y sus alrededores aparecerían entonces en el cielo nocturno sobre la Tierra.
«Esas galaxias primitivas estaban llenas de estrellas, estrellas que debieron haberse formado de maneras que nunca habíamos visto, en condiciones que nunca imaginamos en un momento en el que no esperábamos que las viéramos», dijo Leja. “Y por alguna razón, el universo dejó de crear objetos como estos después de sólo unos pocos miles de millones de años. Son exclusivos del universo primitivo. »
El equipo planea continuar sus observaciones de estos pequeños puntos rojos desconcertantes para comprender mejor sus misterios. En particular, planea obtener espectros más profundos apuntando el JWST a objetos rojos durante períodos prolongados para obtener espectros de emisión de luz asociados con varios elementos. Esto podría ayudar a desentrañar las contribuciones de las estrellas antiguas y los agujeros negros supermasivos en las galaxias.
«Hay otra manera en que podríamos lograr un gran avance, y eso es simplemente [having] «Es la idea correcta», concluye Leja. «Tenemos todas estas piezas del rompecabezas, y sólo encajan si ignoramos el hecho de que algunas de ellas se rompen. Es probable que este problema se resuelva mediante un golpe de genialidad que hasta ahora se nos ha escapado, a todos nuestros colaboradores y a toda la comunidad científica.
“Honestamente, es emocionante que todavía tengamos tanto que desentrañar en este misterio. »
La investigación del equipo fue publicada el 26 de junio en la revista. Cartas de revistas astrofísicas.
Publicado originalmente en espacio.com.