Cuatro parejas de “Little Red Dots” podrían revelar cómo crecieron los primeros agujeros negros

El telescopio espacial James Webb ha permitido identificar cuatro parejas candidatas de “Little Red Dots” (LRD), una población de fuentes infrarrojas compactas y extremadamente rojas que podría representar una etapa temprana de crecimiento acelerado de agujeros negros. El resultado fue posible gracias a una técnica que analiza el color de cada píxel, en lugar de evaluar únicamente el brillo y la forma global de cada objeto. 81

Una técnica para encontrar objetos ocultos en los píxeles

Las parejas candidatas aparecen separadas por apenas entre 0,2 y 1,2 segundos de arco en las imágenes del programa COSMOS-Web del James Webb. A esas distancias, dos fuentes cercanas pueden mezclarse y parecer un único objeto cuando se aplican los criterios convencionales de selección de fuentes compactas.

Al relajar algunos requisitos de compactación y examinar los colores infrarrojos a escala de píxel, el equipo pudo distinguir núcleos rojos vecinos que de otro modo habrían pasado inadvertidos. 8

La evidencia de que no son simples alineaciones

La señal más sólida procede de la espectroscopia. En dos de las parejas, los espectros sin rendija obtenidos por JWST/COSMOS-3D mostraron una línea de emisión en la misma longitud de onda observada para ambos miembros.

Si esas líneas anchas y con gran anchura equivalente se interpretan como emisión de H-alfa, las dos parejas presentan corrimientos al rojo comunes de 5,822 y 5,464. Esto respalda la idea de que sus miembros están físicamente asociados, en vez de ser objetos sin relación situados por casualidad sobre la misma línea de visión. 8

Los corrimientos al rojo implican separaciones proyectadas de 1,64 y 7,36 kilopársecs, equivalentes a unos 5.300 y 24.000 años luz. La luz de estos sistemas comenzó su viaje hace aproximadamente entre 12.500 y 12.800 millones de años. 8

El análisis estadístico refuerza la interpretación. Al comparar los datos con catálogos simulados, los investigadores concluyeron que las proyecciones fortuitas a lo largo de la línea de visión difícilmente explicarían por sí solas unas separaciones tan pequeñas. El agrupamiento de los LRD a escalas reducidas sería entre 20 y 30 veces más intenso que el que se obtendría al extrapolar la señal de correlación de núcleos galácticos activos medida a escalas mayores con el James Webb. 8

¿Precursores de futuras fusiones?

El hallazgo sugiere que algunas de estas parejas podrían ser precursoras de fusiones entre galaxias y agujeros negros. Sin embargo, no equivale a una detección directa de agujeros negros fusionándose ni demuestra que los sistemas ya se encuentren en la fase final de inspiral.

Para que ambos LRD alberguen agujeros negros en proceso de acreción, una interacción o fusión podría combinar sus masas y canalizar gas hacia el remanente. Ese suministro adicional de materia podría alimentar nuevos episodios de acreción rápida. Una sucesión de fusiones y periodos de acreción ofrecería una posible vía para formar agujeros negros muy masivos en el relativamente corto intervalo posterior al Big Bang. 8

Esta posibilidad resulta especialmente relevante porque los LRD se consideran candidatos a representar una fase temprana del crecimiento de agujeros negros supermasivos, aunque todavía no está claro qué mecanismo explica su rápido crecimiento aparente. 81

El papel del gas denso también puede ser decisivo

Las fusiones no son la única explicación. Una alternativa destacada sostiene que el motor principal sería una acreción de gas sostenida y excepcionalmente rápida. Según varios modelos y estudios espectroscópicos, los LRD podrían ser núcleos galácticos activos ocultos dentro de envolturas o “capas” de gas muy densas y ópticamente gruesas.

Ese material podría proporcionar combustible al agujero negro y, al mismo tiempo, modificar la luz que observamos, incluida la tonalidad roja característica de estos objetos. 32

Ambas explicaciones pueden coexistir: un entorno de gas denso podría favorecer una acreción intensa antes, durante y después de una fusión. Con los datos disponibles todavía no es posible determinar qué proporción del crecimiento de los primeros agujeros negros se debe a cada proceso. 83

Qué podrán resolver las próximas observaciones

La aplicación de esta selección píxel a píxel a muestras más amplias y profundas del James Webb permitirá medir con mayor precisión la frecuencia de parejas LRD y su función de correlación a pequeña escala. En particular, podrá mostrar con qué frecuencia tienen compañeras cercanas, cómo cambia esa tasa con el corrimiento al rojo y la luminosidad, y si las fusiones son lo bastante comunes como para constituir un canal principal de crecimiento. 8

Esas mediciones también ayudarían a estimar las tasas de fusión y las masas de los primeros sistemas binarios de agujeros negros. A largo plazo, podrían mejorar la selección de objetivos y las previsiones de eventos para observatorios espaciales de ondas gravitacionales como LISA y para futuros detectores en la banda de decihertz. 5

Por ahora, la conclusión más firme es que existe un exceso de parejas LRD cercanas en el universo temprano. La investigación aún no ha observado directamente una fusión de agujeros negros ni sus ondas gravitacionales. 8