Un nuevo estudio plantea que los puntos rojos (llamados «Little Red Dots« en inglés), vistos por el telescopio James Webb, podrían ser agujeros negros de colapso directo. Una idea que resulta de lo más interesante porque permitiría resolver el misterio de estos objetos tan lejanos, que existieron en la infancia del universo…

La idea de los agujeros negros de colapso directo

El Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) se diseñó para mirar atrás en el tiempo y estudiar las galaxias que existían poco después del Big Bang. Así, la comunidad científica esperaba entender mejor cómo ha evolucionado el universo desde sus primeras etapas hasta el presente. Cuando Webb observó por primera vez el universo en su infancia, descubrió una nueva clase de objetos astrofísicos. Se trataba de fuentes muy brillantes y rojizas que recibieron el nombre de Little Red Dots (LRDs), o “pequeños puntos rojos”.

Imagen de algunos pequeños puntos rojos (Little Red Dots) vistos por el JWST. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College)

Al principio, se sugirió que podrían ser regiones de formación estelar masiva, pero esa idea no encajaba con los modelos cosmológicos. En esencia, esos modelos predecían que no deberían existir galaxias tan masivas formadas en los primeros mil millones de años tras el Big Bang. Por lo que hubo que plantear otra explicación: quizá fueran cuásares, las regiones centrales muy brillantes de algunas galaxias, alimentadas por agujeros negros supermasivos que están devorando grandes cantidades de material, del disco que los rodea. Esos discos brillan con tanta fuerza que ocultan el resto de la galaxia.

Pero esta hipótesis tampoco encajaba con los modelos. En teoría, tampoco habría habido tiempo suficiente para formar agujeros negros supermasivos así de rápido. Ahora, un nuevo estudio sugiere una alternativa que resulta muy intrigante. Es posible que estemos observando agujeros negros de colapso directo que están acumulando materia de su entorno. El trabajo se apoya en simulaciones de radiación-hidrodinámica (RHD), diseñadas para modelar cómo deberían emitir luz los agujeros negros de colapso directo. Pero, ¿qué son exactamente estos objetos?

¿Cómo se forman los agujeros negros de colapso directo?

Naturalmente, estamos hablando de agujeros negros. Con un matiz muy importante: se formarían directamente a partir del colapso de grandes nubes de gas. Es decir, sin pasar por una estrella muy masiva que, al final de su vida, termina colapsando para formar lo que conocemos como un agujero negro de masa estelar. En el universo temprano, esas estrellas se corresponderían con la Población III. Es el nombre que se da a las primeras estrellas que existieron, y que solo podían estar formadas por hidrógeno y helio (no había otros elementos disponibles).

Las estrellas de Población III debieron ser muy masivas, calientes y brillantes, con vidas excepcionalmente cortas. Su secuencia principal duraría tan solo entre 2 y 5 millones de años. Con el tiempo, los modelos sugieren que los agujeros negros resultantes podrían fusionarse con otros agujeros negros (gracias a fusiones de galaxias y otros mecanismos) hasta acabar formando agujeros negros masivos. El problema, como explican los investigadores, es que ese proceso necesita miles de millones de años. No bastan unos pocos cientos de millones de años, tras el Big Bang, para que aparezcan agujeros negros tan masivos.

Por ello, es difícil explicar cómo es posible que hubiese agujeros negros muy masivos (a veces con más de mil millones de veces la masa del Sol) en las primeras etapas del universo. No había suficiente tiempo para que ninguno de los mecanismos clásicos diesen lugar a su formación. Esa discrepancia entre teoría y observaciones es la oportunidad perfecta para introducir la idea de los agujeros negros de colapso directo. En lugar de empezar siendo pequeños, podrían formarse con masas muy superiores a las de un agujero negro de masa estelar.

Las simulaciones que dan la razón a este escenario

A diferencia de los modelos basados en estrellas de Población III, estos agujeros negros se formarían por el colapso directo de nubes de hidrógeno en el universo temprano. En su estudio, los investigadores analizan si un objeto así podría encajar con lo que observa el telescopio James Webb en esos pequeños puntos rojos. Según explican, las simulaciones encajan muy bien con los datos del JWST. Así que se podría explicar la naturaleza de estos puntos (y su origen) a través de procesos físicos que están bien entendidos y que podían suceder en aquel entonces.

Concepto artístico del telescopio espacial James Webb. Crédito: NASA

Las simulaciones son capaces de reproducir aspectos concretos de los puntos rojos. Además, la presencia de nubes de gas densas alrededor de esos agujeros negros explicaría por qué estos objetos son tan compactos y por qué parecen demasiado masivos en comparación con las estrellas que pudiesen existir en aquel entonces. En este marco, los investigadores explican que todas las propiedades de los pequeños puntos rojos se podrían explicar de forma coherente sin tener que recurrir a suposiciones que resulten más o menos exóticas.

Además, uno de los grandes objetivos del JWST es identificar los primeros agujeros negros del universo y comprender cómo se formaron. Si están en lo correcto, el telescopio ya estaría observando esa fase tan ansiada. Estaríamos ante el nacimiento y crecimiento de futuros agujeros negros supermasivos. Si fuese así, sería un paso muy importante, porque implicaría que los primeros agujeros negros se formaron de manera eficiente y muy rápida. Es, sin duda, una de las hipótesis más atractivas para explicar los pequeños puntos rojos. Veremos si llega a convertirse en la explicación correcta…

Estudio

El estudio es F. Pacucci, A. Ferrara y D. Kocevski; «The Little Red Dots Are Direct Collapse Black Holes». Puede consultarse en arXiv, en este enlace.

Referencias: Universe Today