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El telescopio espacial James Webb encuentra posibles indicios de estrellas oscuras

Un trío de astrofísicos ha encontrado indicios de estrellas de materia oscura gracias a los datos del telescopio espacial James Webb. En su estudio, Cosmin Ilie, Jillian Paulin y Katherine Freese analizaron tres supuestas galaxias detectadas por el JWST y cómo podrían ser, en realidad, estrellas oscuras.

En 2007, Freese, junto con Douglas Spolyar y Paolo Gondolo, propusieron la idea de las estrellas oscuras. Sería unos objetos relativamente densos que, en lugar de mantener reacciones de fusión nuclear, funcionarían con materia oscura. Desde entonces, los investigadores han continuado estudiando la idea de tales estrellas, han construido modelos teóricos para mostrar cómo podrían verse y han obtenido una lista de características que podrían tener tales estrellas. En el estudio actual, Ilie, Paulin y Freese han encontrado tres candidatos en los datos de Webb que cumplen con los requisitos. Si estas estrellas realmente existen, podrían resolver tres grandes misterios cósmicos de una sola vez.

Estos investigadores sugieren que las estrellas oscuras probablemente podrían haber nacido durante los primeros tiempos del Universo. Al igual que otras estrellas, habrían estado compuestas principalmente de helio e hidrógeno. Pero también contendrían materia oscura, suficiente como para proporcionar una fuente de calor. Si tales estrellas existieran, serían mucho más grandes que otros tipos de estrellas que se han observado, tan grandes que podrían parecer galaxias a nuestros ojos vistas desde la Tierra.

Las estrellas normales se forman cuando una nube de polvo y gas se vuelve tan masiva que colapsa sobre sí misma bajo su gravedad. La presión y la temperatura en el centro son lo suficientemente altas como para comenzar el proceso de fusión nuclear y genera con ello energía. Esto genera una presión interior que impide que la gravedad colapse aún más el objeto.

Por otro lado, las estrellas oscuras podrían formarse a partir de nubes similares ricas en materia oscura. Sin embargo, no se tendría ningún tipo de fusión. Según varias hipótesis sobre materia oscura, cuando dos partículas de materia oscura chocan pueden aniquilarse con una liberación de energía. Esta generación de energía sería lo suficientemente intensa como para hacer brillar una estrella supermasiva.

Este tipo de estrella de materia oscura no sería similar a la idea estrella que tenemos en mente. En promedio podrían tener radios de 10 unidades astronómicas (UA, o la distancia entre la Tierra y el Sol). Serían, por tanto, muy grandes. Además no tendrían núcleo y serían relativamente frías en todo momento. Esta baja temperatura favorecería su crecimiento hasta en un millón de masas solares, mil millones de luminosidades solares o más.

Los candidatos a estrellas oscuras que este grupo de investigadores examinó, JADES-GS-z11, z12 y z13-0, se ajustaban en gran medida a las características que describieron para las estrellas oscuras. También ayuda a reforzar su teoría el hecho de que los tres candidatos a estrellas oscuras no encajan con la teoría sobre las galaxias tradicionales, por lo que no serían galaxias. El problema es que se encuentran muy atrás en el tiempo y, por tanto, muy lejos en el espacio, por lo que se dificulta su estudio.

El JWST ha encontrado muchas más galaxias distantes de lo esperado, lo que podría ser un problema para el modelo estándar de cosmología. Pero si en lugar de ser galaxias son estrellas oscuras supermasivas se resolvería el dilema.

Otra parte de la teoría que desarrolló este equipo sugería que, una vez que, una estrella oscura sale del área donde se formó, ya no tiene suficiente materia oscura para actuar como combustible dentro de ella. Así que, sin nada que sujete la gravedad, finalmente colapsaría hasta convertirse en agujero negro supermasivo.

Estos objetos pueden crecer mucho más que las estrellas normales, por lo que los agujeros negros resultantes serían igualmente enormes. Esto podría proporcionar una respuesta al antiguo misterio de cómo se forman los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Así que esta idea explicaría por qué hay tantos agujeros negros supermasivos en el Universo, algo que todavía no se ha explicado bien con las teorías tradicionales. También explicaría por qué no se han observado previamente estrellas oscuras, pues los astrónomos carecían de las herramientas necesarias para ver lo suficientemente atrás en el tiempo hasta el despliegue del JWST.

Sin embargo, obtener de estos objetos buenos espectros que eliminaran las incertidumbres es muy complicado, incluso con el JWST. Habría que estudiar uno de estos objetos durante un año con este telescopio para poderlo conseguir, lo que no se va dar. La esperanza es que la luz de algunos de estos objetos sea intensificada por lentes gravitacionales y entonces su luz sí sea analizada en detalle.

Conseguir confirmar por esta vía la existencia de este tipo de objetos sería un gran salto en nuestra comprensión de la materia oscura, pues todavía no tenemos detección directa en los laboratorios. Observar una estrella oscura sería una confirmación de que la materia oscura experimenta fuerzas distintas a la gravedad y confirmaría una imagen muy interesante y diferente de la formación de las primeros objetos en el Universo que nos cuenta la teoría estándar.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Preprint en ArXiv.
Foto: NASA/ESA