Astrónomos descubren un nuevo objeto astrofísico: la estrella de agujero negro

Astrónomos del MIT detectaron un objeto que combina características de estrella y agujero negro. Emite 100 mil millones de veces más energía que cualquier estrella conocida, lo que desafía los modelos astrofísicos actuales. ***

• El objeto, bautizado MoM-BH*-1, fue observado a solo unos cientos de millones de años del Big Bang.
• Contiene un agujero negro central de 100.000 masas solares rodeado por una densa nube de hidrógeno.
• Este hallazgo podría explicar los misteriosos 'pequeños puntos rojos' que aparecen en casi todas las imágenes del James Webb.

El telescopio espacial James Webb (JWST) ha detectado un punto rojo extremadamente brillante en el universo temprano.

El objeto se asemeja a una estrella enorme, del tamaño de nuestro sistema solar, pero emite 100 mil millones de veces más energía que cualquier estrella conocida puede producir físicamente.

De hecho, tales energías se acercan más a lo que podría generar un agujero negro.

La curiosa combinación sugiere que el punto rojo es un tipo completamente nuevo de fuente astrofísica.

Los astrónomos la denominan una "estrella de agujero negro".

El descubrimiento con el telescopio James Webb

El equipo de astrónomos del MIT y de otras instituciones publicó su análisis en la revista *Nature*.

Utilizaron el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para observar el universo muy temprano, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang.

El punto rojo brillante se destacó entre las imágenes de espacio profundo.

El autor principal, Rohan Naidu, becario Hubble de la NASA y Pappalardo en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial (MKI) del MIT, explicó que la imagen del objeto está evolucionando muy rápidamente.

Según Naidu, creen que hay un agujero negro central que es 100.000 veces más masivo que el sol.

¿Qué es una estrella de agujero negro?

El objeto probablemente es una nube de gas extremadamente densa, impulsada no por la fusión nuclear estándar, sino por un agujero negro central.

La combinación de un agujero negro y una estrella nunca se había observado hasta ahora.

Alrededor del agujero negro habría un envoltorio de gas muy extendido que se ve como una estrella del tamaño del sistema solar.

Naidu destacó que este envoltorio es "enorme".

El agujero negro en acreción, como fuente de poder, juega el papel de la fusión nuclear, y el gas denso circundante actúa de manera similar a una pseudo-fotosfera.

La pista de los pequeños puntos rojos

Si el punto rojo brillante es efectivamente una estrella de agujero negro, ayudaría a resolver la identidad de otros misteriosos "pequeños puntos rojos".

Estos puntos han aparecido en casi todas las imágenes de espacio profundo que el JWST ha tomado hasta la fecha.

Naidu señaló que estos pequeños puntos rojos parecen estar en todas partes en el universo temprano, pero esencialmente desaparecen en la época actual.

La identidad de estos objetos ha sido uno de los temas más debatidos de la era del JWST.

Los coautores del MIT del estudio incluyen a Robert Simcoe, director del MKI y profesor de Física, y a Wendy Sun, junto con colaboradores de múltiples instituciones.

La búsqueda de galaxias tempranas

Naidu y sus colegas no tenían la intención de encontrar una estrella de agujero negro.

Buscaban las galaxias más distantes y tempranas como parte de un estudio llamado "Espejismo o Milagro" (MoM).

El equipo usó el JWST para mirar al espacio profundo cuando el universo tenía unos pocos cientos de millones de años.

Su objetivo era buscar galaxias que realmente se formaron en esos tiempos tempranos.

Naidu explicó que ha habido un enigma de muchas galaxias brillantes que aparecen en tiempos extremadamente tempranos.

Un hallazgo singular

Mientras revisaban las imágenes del JWST, notaron un punto muy rojo y muy brillante que se destacaba del resto.

Simcoe explicó que cuando se ve algo muy rojo en el universo, a menudo se asume que está rodeado de polvo.

Comparó el efecto con el humo de los incendios forestales de Canadá que hizo que el cielo en Boston se viera rojo brillante.

Los objetos astronómicos pueden aparecer más rojos que su color intrínseco cuando se ven a través de un velo de polvo.

Sin embargo, otras firmas en la luz no coincidían con lo que los físicos esperan del polvo.

La rotura de Balmer más profunda

El equipo observó otro patrón extraño: la luz del punto era extremadamente brillante, excepto por debajo de ciertas longitudes de onda.

La luz desaparecía por completo en esas longitudes de onda.

Esta caída espectral se conoce como una "rotura de Balmer".

Tradicionalmente se asocia con gas denso que absorbe fotones en las atmósferas de estrellas de unos pocos cientos de millones de años.

Vega, una de las estrellas más brillantes del cielo nocturno, muestra exactamente este patrón.

Una composición casi pura

La rotura observada en este objeto es la más profunda jamás observada en cualquier objeto.

Esto descarta a las estrellas "ordinarias" como fuente, según Naidu.

El patrón llevó al equipo a preguntarse si estaban viendo un nuevo tipo de "atmósfera estelar" a una escala espectacular.

Además, la luz del punto rojo no contenía casi ninguna firma de metales ni de elementos distintos del hidrógeno y el helio.

Naidu afirmó que el objeto era "verdaderamente singular en muchos aspectos".

Simulaciones para descifrar el misterio

Para entender la fuente del punto rojo, el equipo realizó simulaciones de diferentes escenarios.

Buscaban qué combinación de características astrofísicas podría producir el color distintivo del punto rojo.

Simcoe se preguntó si se podía hacer algo tan rojo usando solo hidrógeno, sin polvo.

La sorpresa fue descubrir que sí se puede, si se tiene una pantalla extremadamente densa de hidrógeno.

Esta densidad se asemejaría más a la superficie de una estrella enorme que a una nebulosa interestelar débil.

La fuente de energía imposible

Las simulaciones apuntaban a que el punto rojo podía ser una fuente de energía poderosa envuelta en un capullo extremadamente denso de hidrógeno.

Esto explicaría la rotura de Balmer que bloquea la luz y la ausencia de otros elementos.

Sin embargo, no explicaba el brillo extremo del objeto.

Naidu señaló que se tiene algo que se parece un poco a una estrella pero es 100 mil millones de veces más brillante.

Esta energía no puede ser alimentada por fusión nuclear, la fuente de energía en el corazón de todas las estrellas conocidas.

Los agujeros negros como respuesta

Los agujeros negros, por otro lado, producen rutinariamente energía a las escalas que el equipo observó.

Naidu y sus colegas incorporaron un agujero negro activo en acreción en sus simulaciones de la estrella con capullo de hidrógeno.

Variaron la masa del agujero negro, junto con otros parámetros.

Luego compararon el brillo resultante de la "estrella de agujero negro" simulada con el brillo observado por el JWST.

La coincidencia más cercana llevó al equipo a concluir que el escenario más probable es una estrella de agujero negro.

El primer objeto de su tipo

El objeto probablemente contiene un agujero negro central de aproximadamente 100.000 veces la masa del sol.

Este núcleo poderoso está rodeado por un capullo denso de hidrógeno, similar a una estrella, con un tamaño comparable al del sistema solar.

El equipo nombró al objeto MoM-BH*-1, en honor al estudio que lo detectó.

El apodo "estrella de agujero negro -- uno" implica que es el primero de otros.

Los investigadores sospechan que las estrellas de agujero negro podrían explicar muchos de los otros pequeños puntos rojos en las imágenes del JWST.

El significado de los puntos rojos

Cada pequeño punto rojo es consistente con ser una estrella de agujero negro incrustada en una galaxia temprana genérica, según Naidu.

Lo especial de MoM-BH*-1 es que la estrella de agujero negro está esencialmente superando en brillo a su galaxia anfitriona circundante.

Esto significa que los astrónomos están viendo "luz pura de estrella de agujero negro".

El hallazgo revoluciona la comprensión de los objetos compactos en el universo temprano.

La investigación fue apoyada por el Departamento de Física del MIT, la NASA y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial.

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