Un nuevo estudio dirigido por Cosmin Ily, profesor asistente de física y astronomía en Colgate, en colaboración con Jillian Poulin ’23 de la Universidad de Pensilvania, Andrea Petric del Instituto Científico del Telescopio Espacial y Kathryn Freese de la Universidad de Texas en Austin, propone un concepto único que podría resolver tres grandes misterios de la Universidad de Ira. Los investigadores sugieren que las estrellas oscuras pueden ayudar a explicar la aparición de galaxias “monstruosas azules” inesperadamente brillantes, la aparición de agujeros negros supermasivos en tiempos muy tempranos y objetos extraños conocidos como “pequeños puntos rojos” vistos en imágenes del Telescopio Espacial James Webb (JWST).
Las estrellas más antiguas se formaron en regiones dominadas por materia oscura, particularmente en los centros de pequeñas estructuras de materia oscura llamadas microhalos. Varios cientos de millones de años luz después del Big Bang, las nubes de hidrógeno y helio se enfriaron lo suficiente como para comenzar a colapsar bajo su propia gravedad. Este proceso condujo al nacimiento de las primeras estrellas y marcó el comienzo del amanecer cósmico, un período formativo en la historia del universo.
Durante este período, las condiciones permitieron que se formara un tipo raro de estrella. Estas estrellas pueden ser alimentadas no sólo por la fusión nuclear, sino también por la energía liberada cuando se destruyen las partículas de materia oscura. Conocidos como estrellas oscuras, estos objetos pueden crecer hasta alcanzar tamaños masivos y evolucionar naturalmente hasta convertirse en semillas que luego se convierten en agujeros negros supermasivos.
JWST revela galaxias tempranas inesperadas
JWST observó los objetos más distantes jamás estudiados, proporcionando una visión sin precedentes del universo primitivo. Estas observaciones han desafiado teorías arraigadas sobre cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Uno de los descubrimientos más sorprendentes es el de una gran población de galaxias conocidas como “gigantes azules”. Estas galaxias son extremadamente brillantes, muy compactas y contienen poco polvo.
Antes del JWST, ninguna simulación o modelo teórico predijo que deberían haber existido galaxias con estas propiedades en la historia cósmica. Su descubrimiento ha obligado a los astrónomos a repensar la rapidez con la que se pueden formar estrellas y galaxias.
Demasiados agujeros negros y pequeños puntos rojos
Los datos del JWST han intensificado un misterio en curso que involucra a los agujeros negros supermasivos. Algunas de las galaxias más antiguas observadas parecen albergar agujeros negros que son mucho más grandes que su edad. Explicar cómo se espera que se formen tan rápidamente las semillas de los agujeros negros supermasivos (SMBH) es un gran desafío.
Además, JWST reveló una nueva categoría de objetos compactos conocidos como “pequeños puntos rojos” (LRD). Estas fuentes libres de polvo se remontan a los albores del cosmos y se caracterizan por emitir muy poca radiación de rayos X, algo que los astrónomos no esperaban según los modelos existentes.
¿Por qué el modelo actual es más pequeño?
En conjunto, la galaxia gigante azul, el agujero negro supermasivo temprano y el punto ligeramente rojo indican serias lagunas en las teorías anteriores al JWST sobre la formación temprana de galaxias y agujeros negros. Los resultados sugieren que los modelos ampliamente aceptados necesitan una actualización sustancial de lo que JWST está viendo ahora.
“Algunos de los misterios más importantes planteados por los datos del amanecer cósmico del JWST son en realidad características de la teoría de la estrella oscura”, dijo Ealy.
Evidencia creciente de estrellas oscuras
Aunque las estrellas oscuras aún no han sido confirmadas mediante observación directa, una nueva investigación refuerza los argumentos a favor de su existencia. Ha identificado por separado dos candidatos a estrella oscura fotométrica y espectroscópica. PNAS Estudios publicados en 2023 y 2025 respectivamente.
Los autores describen en detalle cómo las estrellas oscuras pueden ser responsables de las propiedades de las galaxias primitivas que albergan galaxias gigantes azules, pequeños puntos rojos y agujeros negros masivos. El artículo también presenta el análisis espectroscópico más reciente, que informa evidencia de características distintivas de absorción de helio en el espectro de JADES-GS-13-0. Una característica similar fue identificada previamente en JADES-GS-14-0.
Por qué son importantes las estrellas oscuras
Las estrellas oscuras son uno de los objetos teóricos más interesantes de la astrofísica moderna. Si se confirman, podrían ofrecer una forma de investigar directamente las propiedades de las partículas de materia oscura. Esto complementará los esfuerzos en curso para detectar materia oscura en experimentos de laboratorio en la Tierra mediante la detección directa o la producción de partículas, y puede ayudar a vincular las observaciones cosmológicas con la física fundamental.
