Los telescopios más potentes no solo confirman lo que creemos saber, sino que también revelan lo inesperado
Entre los descubrimientos más intrigantes del James Webb Space Telescope se encuentran los llamados Little Red Dots, diminutos objetos del universo primitivo que están obligando a revisar nuestras ideas sobre la formación de las galaxias y de los agujeros negros
Explorar el universo temprano implica adentrarse en un territorio donde nuestras teorías todavía están siendo puestas a prueba y, en ese sentido, resulta una garantía encontrar nuevas sorpresas. Cada vez que logramos observar más lejos y, por tanto, más atrás en el tiempo, aparecen nuevos objetos y fenómenos que no encajan del todo con lo que pensábamos comprender.
El telescopio espacial James Webb (JWST) está confirmando esta regla con creces. Este prodigio tecnológico, con su espejo segmentado bañado en oro de 8 metros de diámetro y situado a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, lleva a bordo instrumentos concebidos para alcanzar esos confines y no solo detectar estas primeras galaxias tan débiles formadas tras el Big Bang, sino además estudiarlas con un nivel de detalle sin precedentes.
Así fue como las primeras imágenes científicas del JWST en campos profundos, aquellas que requieren exposiciones muy largas apuntando a una pequeña región del cielo, dejaron a la comunidad astronómica sin palabras. En ellas y entre una enorme cantidad de galaxias lejanas, arcos producidos por lentes gravitacionales y estructuras galácticas nunca vistas, comenzaron a destacar unos diminutos puntos rojizos que parecían confundirse con estrellas. Pronto nos dimos cuenta de que su luz no se correspondía con ningún objeto conocido y se les dio un nombre tan simple como intrigante: Little Red Dots (LRDs).
El primer campo profundo de Webb, la imagen del cúmulo de galaxias SMACS 0723. Miles de galaxias -incluidos los objetos más tenues jamás observados en el infrarrojo- aparecieron por primera vez en la vista captada por Webb. Esta porción del vasto universo tiene aproximadamente el tamaño de un grano de arena sostenido a la distancia de un brazo extendido por una persona en tierra. Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI
Estos diminutos puntos rojos han capturado la atención de la parte de la comunidad astrofísica que nos dedicamos a estudiar las galaxias más jóvenes, aquellas que nos permiten entender mejor cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias, y cómo han ido evolucionando hasta la actualidad.
Clasificar y dar nombre a los objetos celestes que vamos descubriendo es habitual en astronomía, y no es solo por una cuestión de orden, sino también una forma de asociarlos rápidamente con sus propiedades físicas y establecer su encaje en las poblaciones de objetos ya conocidos. En el caso de las galaxias, el color, el tamaño o la forma suelen ofrecernos pistas sobre su edad, su formación estelar o la presencia de polvo interestelar, que se forma en el interior de las estrellas y se libera al medio cuando éstas explotan como supernovas. Sin embargo, los LRDs nos recuerdan que, en el universo primitivo, estas asociaciones simples pueden resultar engañosas incluso para los grupos de investigación más experimentados.
Los LRDs aparecen con mayor frecuencia en las imágenes profundas del JWST, especialmente en el universo joven, cuando apenas habían transcurrido uno o dos mil millones de años desde el Big Bang, época en la que emergen las primeras galaxias y el universo comienza a parecerse cada vez más al que vemos hoy. Los LRDs se muestran extremadamente compactos y poseen espectros muy característicos y raros de encontrar en el universo actual: muy brillantes, tanto en el rango ultravioleta como en el infrarrojo, y poblados de líneas de emisión muy intensas. Aquellas producidas por el hidrógeno ionizado, el plasma predominante en las galaxias que forman estrellas, presentan una base mucho más ancha que en otras líneas generadas por elementos químicos más pesados, indicando que ese plasma se mueve a grandes velocidades en una región muy concreta de la galaxia.
Ese rasgo suele interpretarse como una señal del crecimiento de un agujero negro masivo central muy activo, es decir, que engulle material de su entorno. Por ello, a partir de la anchura de esas líneas de hidrógeno, solemos inferir la masa del agujero negro. Sin embargo, esta evidencia no es exclusiva de los núcleos activos de las galaxias. Las estrellas masivas, jóvenes y energéticas también pueden generar vientos potentes capaces de producir señales espectrales similares. Como ocurre a menudo en astrofísica, una sola pista no basta: necesitamos reunir muchas piezas del puzzle.
Las contradicciones no terminan ahí. Si estos pequeños puntos rojos albergaran agujeros negros extremadamente masivos, cabría esperar una intensa emisión de rayos X o de radiación no térmica en radiofrecuencias. Sin embargo, en muchos casos no se detecta prácticamente emisión en estas bandas, lo que indicaría que los agujeros negros no estarían en una fase tan activa. Tampoco todos muestran las líneas de emisión más energéticas características de estas fases en galaxias activas ni la variabilidad luminosa esperable del gas orbitando cerca de un agujero negro activo. Estas ausencias resultan tan desconcertantes como las propiedades que observamos.
Imágenes a color del telescopio espacial James Webb que muestra varios ejemplos de Little Red Dots (LRDs), pequeños objetos compactos y rojizos detectados en el universo temprano. Estos sistemas, identificados en campos profundos a través de imágenes compuestas en varios filtros del rango infrarrojo, presentan propiedades espectrales inusuales que desafían los modelos actuales de formación de galaxias y agujeros negros. Créditos: ESA/Webb, NASA, CSA. D. Kocevski (Colby College)
Y entonces…¿qué es exactamente lo que vemos en estos diminutos puntos rojos?
Inicialmente, los LRDs se interpretaron como galaxias muy masivas y fuertemente enrojecidas por polvo en el universo temprano. El polvo absorbe preferentemente la luz azul y deja pasar la roja, algo habitual tras episodios intensos de formación estelar o en entornos dominados por agujeros negros activos. Pero los LRDs presentan, al mismo tiempo, una emisión ultravioleta sorprendentemente brillante, incompatible con la imagen de una galaxia envejecida o muy oscurecida por polvo. ¿Cómo combinar rasgos característicos de objetos jóvenes y viejos al mismo tiempo y en un mismo y diminuto paquete?
Las interpretaciones propuestas son diversas y aún no existe consenso en la comunidad científica. Algunos grupos sugieren que estamos observando fases tempranas del crecimiento acelerado de agujeros negros que acabarán convirtiéndose en los gigantes que hoy habitan en galaxias como la Vía Láctea o Andrómeda. Otros han planteado que un gas extremadamente denso y caliente alrededor del agujero negro podría producir un espectro que imita el de una estrella rojiza. También se han explorado escenarios más exóticos, como la formación de agujeros negros mediante el colapso directo de enormes nubes de gas, siguiendo una teoría muy difícil de recrear mediante simulaciones. Ninguna de estas hipótesis explica todavía de forma satisfactoria todas las observaciones.
Otra posibilidad es que los LRDs no constituyan una única clase o, como solemos llamar, población, sino que representen distintas fases evolutivas de las galaxias jóvenes o de los cuásares en formación, y que, por la forma en que las descubrimos y las propiedades por las que las seleccionamos, se combinen en nuestra clasificación. En cualquiera de estos casos, los LRDs podrían desempeñar un papel clave en procesos fundamentales del universo temprano, como la llamada época de la reionización, cuando nuestro universo pasó a ser transparente y brillante como lo vemos actualmente, o en el establecimiento de la relación entre el crecimiento de las galaxias y el de sus agujeros negros centrales.
Un enigma a resolver
Curiosamente, los LRDs parecen abundar únicamente en el universo primitivo. En épocas más cercanas a la actualidad, cuando las galaxias presentan estructuras bien definidas, serían extremadamente raras. Aún así, varios equipos estamos intentando identificar posibles análogos locales que, aunque mucho menos frecuentes, nos permitan estudiar sus propiedades con mayor detalle.
Hoy, tras más de un centenar de estudios publicados en prestigiosas revistas internacionales, los Little Red Dots siguen siendo uno de los enigmas más fascinantes abiertos por el JWST. No es casualidad que una fracción muy importante de las propuestas científicas aprobadas para realizar nuevas observaciones con este telescopio durante este y el próximo año estén dedicadas a investigar su naturaleza.
Quizás, en un futuro no muy lejano, gracias a las próximas observaciones del JWST y otros grandes observatorios, logremos encajar mejor las piezas del puzzle. O quizás, al explorar todavía más lejos y con mayor precisión, descubramos nuevos fenómenos asociados a estos enigmáticos puntos rojos que sean igual de desconcertantes pero que permitan entender mejor su naturaleza. Porque, si algo están enseñando estos enigmáticos objetos, es que cuando nos aventuramos hacia los extremos del universo conocido, las sorpresas no son la excepción, sino una parte esencial de la exploración científica.
