Imagen de la galaxia del telescopio Webb - ESA
MADRID 10 Jun. (EUROPA PRESS) -
El telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA ha encontrado la "evidencia más sólida hasta ahora" de la existencia de estrellas con agujeros negros.
El complejo rompecabezas de los objetos conocidos como pequeños puntos rojos (LRD, por sus siglas en inglés) se ha ido completando gradualmente desde su descubrimiento inicial por el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA en 2022. Ahora, el espectro de un pequeño punto rojo en particular está ayudando a conectar muchas de las piezas.
Un equipo de astrónomos liderado por Vasily Kokorev en la Universidad de Texas en Austin ha identificado el punto en cuestión: GLIMPSE-17775. Tras analizar minuciosamente el espectro del punto, capturado por el telescopio Webb -el espectro más profundo obtenido hasta la fecha de un pequeño punto rojo-, el equipo de investigación identificó múltiples indicios que respaldan la interpretación de que GLIMPSE-17775 es un agujero negro supermasivo envuelto en una densa capa de gas parcialmente ionizado. El artículo que describe los resultados se ha publicado este miércoles en The Astrophysical Journal.
"Creo que parte de la comunidad científica está convergiendo en una única explicación: que los pequeños puntos rojos pueden explicarse mediante modelos de estrellas con agujeros negros. Sin embargo, ninguno de los puntos rojos anteriores presentaba todas las pruebas en el mismo lugar. Con GLIMPSE-17775 podemos poner a prueba estos modelos gracias a la profundidad y la sorprendente amplitud del espectro de esta fuente", ha afirmado Kokorev, autor principal del estudio.
Poco después de que el telescopio Webb comenzara sus operaciones científicas, descubrió un nuevo y misterioso tipo de objeto en el universo primitivo: abundantes objetos rojos que surgieron unos 600 millones de años después del Big Bang. Los científicos han explorado diversas explicaciones para estos pequeños puntos rojos, incluyendo el escenario de la estrella de agujero negro.
Una serie de circunstancias afortunadas propiciaron este elaborado espectro de un pequeño punto rojo. Este pequeño punto rojo, que más tarde se conocería como GLIMPSE-17775, fue incluido afortunadamente en los esfuerzos de obtención de imágenes y espectroscopia del telescopio Webb para un proyecto que buscaba estrellas de Población III y galaxias débiles en el cúmulo de galaxias Abell S1063.
Este pequeño punto rojo es más distante que el cúmulo de galaxias y se magnifica por el efecto de lente gravitacional (GLIMPSE-17775 tiene un corrimiento al rojo cosmológico de 3,5, lo que significa que existió aproximadamente 1.800 millones de años después del Big Bang).
Si bien el telescopio Webb proporcionó un espectro de 30 horas del pequeño punto rojo, el efecto de la lente gravitacional lo hizo equivalente a 80 horas de observación. Esta combinación de la sensibilidad infrarroja del Webb y la propia "lupa" de la naturaleza amplificó la cantidad de detalles que se pudieron obtener de GLIMPSE-17775. El resultado fueron más de 40 líneas espectrales de esta pequeña fuente roja, lo que constituye el espectro de LRD más detallado hasta la fecha.
COMO TENER TODAS LAS PIEZAS DEL ROMPECABEZAS ESPARCIDAS POR EL SUELO
"Cuando vimos el espectro por primera vez, fue como tener todas las piezas de un rompecabezas esparcidas por el suelo. Recogimos cada pieza del rompecabezas, medimos las líneas y comenzamos a combinar las diferentes piezas para formar un mosaico. Al principio, algunas piezas no parecían nada, pero luego un par de ellas encajaron y nos dimos cuenta de que había algo ahí", ha dicho Kokorev.
Los datos espectroscópicos recopilados por Webb contienen múltiples líneas de evidencia que respaldan la interpretación de que el pequeño punto rojo GLIMPSE-17775 es una estrella con agujero negro: un agujero negro que acumula rápidamente, o crece, envuelto en un denso capullo de gas, que está reprocesando la luz emitida desde las proximidades del agujero negro y produciendo las características que se ven en el espectro.
Entre las más de 40 líneas que el equipo detectó en el espectro de GLIMPSE-17775, se encontraron varios indicadores independientes que coinciden con el escenario de una estrella con agujero negro. Por ejemplo, el equipo descubrió que muchas de las líneas espectrales (como las de hidrógeno, oxígeno y helio) no se ajustan a un modelo simple de una nube de gas en rotación. En cambio, el modelo que mejor se ajusta incluye un efecto de ensanchamiento conocido como dispersión de electrones: una señal inequívoca de que una densa capa de gas envuelve esta fuente.
La intensidad y la relación entre ciertas líneas espectrales, especialmente las 16 líneas de hierro que componen lo que el equipo ha denominado un "bosque de hierro" y ciertas líneas de oxígeno, requieren una fuente de alta energía para su generación, como un agujero negro en rápida acreción.
Además, los astrónomos observaron la fluorescencia y la absorción de helio en el espectro, lo que sugiere, por separado, la presencia de un medio denso que envuelve una fuente potente.
El escenario de la estrella con agujero negro no solo encaja con GLIMPSE-17775, sino que también explica por qué la mayoría de los pequeños puntos rojos son débiles en rayos X, ya que cualquier emisión de este tipo probablemente sea absorbida por el denso capullo de gas.
Un elemento que faltaba en el rompecabezas de GLIMPSE-17775 era la parte del espectro que revelaría lo que se conoce como una ruptura de Balmer, o una fuerte caída en la luz emitida, característica distintiva de los pequeños puntos rojos.
Para comprender mejor este pequeño punto rojo, el equipo incorporó datos complementarios de dos programas de observación que utilizaron el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA: los programas Frontier Fields y BUFFALO (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations).
Los datos del Webb y el Hubble, en conjunto, ayudan a explicar por qué la discontinuidad de Balmer es más débil que la que se suele encontrar en otros puntos rojos pequeños: una galaxia anfitriona gigante rodea a GLIMPSE-17775.
Aunque la galaxia anfitriona de un punto rojo pequeño no es algo que se haya visto habitualmente a tal escala, no es incompatible con el modelo de capullo de gas denso. El modelo de estrella con agujero negro para los puntos rojos pequeños atribuye el exceso de luz azul a las estrellas de la galaxia anfitriona.
Cuando el Webb descubrió por primera vez los puntos rojos pequeños, algunos investigadores pensaron que estos objetos habían "roto la cosmología", sin estar seguros de cómo las galaxias podrían haber crecido tanto y tan rápido en el universo primitivo para explicar toda esta luz proveniente de sus estrellas.
Sin embargo, el equipo cree que la pieza del rompecabezas de GLIMPSE-17775 encaja perfectamente en el marco existente de la historia evolutiva del universo, porque las masas de los agujeros negros no necesitan ser tan grandes para explicar las líneas de emisión anchas.