El James Webb encuentra la primera 'estrella de agujero negro': un híbrido cósmico que explica los enigmáticos puntos rojos del universo primitivo

Crucialmente, la energía del objeto no proviene de la fusión nuclear, el proceso que alimenta a las estrellas ordinarias. En cambio, el agujero negro central está activamente acrecentando, o consumiendo, materia. A medida que el gas cae en el agujero negro, se calienta, y ese inmenso calor se irradia hacia afuera a través del capullo de hidrógeno, haciendo que toda la estructura brille . El resultado es un objeto que produce aproximadamente 100 mil millones de veces más energía que una estrella típica, muy por encima de los límites de la fusión .

Características clave de MoM-BH*-1

Los astrónomos han medido con precisión varias características definitorias de este nuevo objeto:

• Tamaño: Su envoltura de gas hidrógeno abarca aproximadamente el diámetro de nuestro Sistema Solar .
• Masa: El agujero negro central pesa alrededor de 100.000 masas solares, y la masa total del objeto es de aproximadamente 10⁶·³ masas solares .
• Brillo: Libera aproximadamente 100 mil millones de veces más energía que una estrella normal .
• Composición: El gas circundante es casi hidrógeno y helio puros, sin cantidades detectables de "metales" (elementos más pesados que el hidrógeno y el helio) . Su espectro muestra una ruptura de Balmer extremadamente profunda, una firma que es inconsistente con las atmósferas estelares ordinarias .
• Fuente de energía: Su luminosidad inmensa es alimentada por el agujero negro central que está acrecentando activamente materia, no por fusión nuclear .
• Distancia y edad: MoM-BH*-1 se ve tal como existía apenas 660 millones de años después del Big Bang, a un corrimiento al rojo de aproximadamente 7,76. Esto lo sitúa a unos 13.100 millones de años luz de distancia .

El objeto fue descubierto como parte del estudio "Mirage or Miracle" (MoM) del JWST, que originalmente fue diseñado para buscar algunas de las primeras galaxias del universo . El equipo, liderado por el astrónomo del MIT Rohan Naidu, se topó con el objeto mientras escaneaba las imágenes de campo profundo del JWST .

Resolviendo el misterio de los 'puntos rojos pequeños'

Desde que el JWST comenzó sus operaciones científicas, ha encontrado repetidamente objetos peculiares, débiles, compactos y muy rojos esparcidos por las imágenes del universo temprano. Los astrónomos los han llamado los "puntos rojos pequeños" (little red dots), y su verdadera naturaleza ha sido tema de intenso debate .

El descubrimiento de MoM-BH*-1 proporciona una nueva pista poderosa. El objeto es lo que los investigadores llaman una estrella de agujero negro "desnuda". Su luz proviene casi por completo de la envoltura de gas alimentada por el agujero negro, con una contaminación insignificante de una galaxia anfitriona subyacente .

Crucialmente, MoM-BH*-1 se encuentra cerca de una galaxia compañera. Las simulaciones por computadora muestran que después de que la estrella de agujero negro se fusiona con esa galaxia —un evento que se proyecta que ocurra aproximadamente 100 millones de años después de la época observada— su espectro coincidirá estrechamente con los espectros de los puntos rojos pequeños que se ven incrustados dentro de otras galaxias .

Esto sugiere fuertemente que muchos de los puntos rojos pequeños son estrellas de agujero negro en proceso de fusionarse con sus galaxias anfitrionas . Son esencialmente los motores centrales de cuásares bebé, ocultos dentro de las entrañas de sus galaxias anfitrionas mientras experimentan fusiones cósmicas.

Este modelo también explica de manera ordenada por qué los puntos rojos pequeños parecen tan compactos y tan rojos. El denso capullo de hidrógeno que rodea al agujero negro bloquea eficazmente la luz de longitud de onda corta (azul) mientras permite que pase la luz de longitud de onda más larga (roja), produciendo el color rojo característico sin requerir grandes cantidades de polvo interestelar, que era otra hipótesis principal .

Lo que esto significa para entender el universo primitivo

El descubrimiento de MoM-BH*-1 hace más que resolver un solo misterio. Proporciona un mecanismo plausible de cómo los agujeros negros supermasivos podrían crecer hasta tamaños enormes en el tiempo relativamente corto disponible en el universo primitivo . Al acrecentar materia a un ritmo furioso dentro de su denso capullo de gas, una estrella de agujero negro representa una fase de crecimiento rápido para los agujeros negros, un paso en el camino hacia los colosos de mil millones de masas solares vistos en épocas cósmicas aún más tempranas.

El objeto, descrito en un estudio coautorado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y otros colaboradores internacionales, es ahora el tema de un intenso estudio de seguimiento . Por ahora, MoM-BH*-1 se destaca como un hallazgo "uno en mil millones" —una rara visión de una etapa previamente invisible de la evolución cósmica, y un vínculo directo entre un híbrido teórico de estrella y agujero negro y los persistentes puntos rojos que han salpicado las imágenes más famosas del JWST.