Nueva teoría para los 'pequeños puntos rojos' en el universo distante

Astrónomos han propuesto una nueva explicación para algunas de las galaxias tempranas más enigmáticas del universo, conocidas como 'pequeños puntos rojos'.

En el estudio, publicado en The Astrophysical Journal Letters, los autores Fabio Pacucci y Abraham (Avi) Loeb, del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, sugieren que estas galaxias son el resultado de halos de materia oscura de rotación muy lenta, una estructura cósmica extremadamente rara.

Estos objetos tenues y compactos, descubiertos en imágenes del espacio profundo del Telescopio Espacial James Webb (JWST), han desafiado la comprensión científica sobre cómo se formaron las galaxias y los agujeros negros en el universo primitivo.

Su artículo ofrece una explicación física de las propiedades distintivas de estos puntos.

"Los pequeños puntos rojos son galaxias distantes, muy compactas y rojas, que pasaron completamente desapercibidas antes del Telescopio Espacial James Webb", afirmó Pacucci en un comunicado. Se podría decir que son el descubrimiento más sorprendente del JWST hasta la fecha. Nuestro trabajo demuestra que podrían formarse de forma natural en halos de materia oscura con un espín muy bajo.

Estas galaxias son visibles principalmente cuando el universo tenía tan solo mil millones de años, pero probablemente se formaron mucho antes, según Pacucci, durante una época conocida como el amanecer cósmico. A pesar de tener aproximadamente una décima parte del tamaño de las galaxias típicas, las observaciones astronómicas muestran un brillo inusual. Los astrónomos creen que su llamativo color rojo sugiere que están envueltas en polvo o llenas de estrellas más antiguas.

Durante años, los astrónomos han debatido si la luz que observamos de estos objetos es generada por estrellas o por agujeros negros supermasivos centrales.

"Es un misterio fundamental", afirmó Pacucci. "Si contienen agujeros negros, estos son enormes para galaxias tan pequeñas. Pero si solo contienen estrellas, las galaxias son demasiado compactas para contenerlas todas, alcanzando densidades estelares centrales impensables". En lugar de centrarse en la energía que alimenta los puntos luminosos, Pacucci y Loeb adoptaron un enfoque diferente: examinaron cómo podrían formarse estos objetos en primer lugar.

Los halos de materia oscura son el andamiaje giratorio invisible alrededor del cual se forman las galaxias. En su artículo, los autores demuestran que los puntos luminosos se forman en halos que se encuentran en el 1% más bajo de la distribución de espín. En otras palabras, el 99% de los halos giran más rápido que estos. Estos halos de bajo espín crearían naturalmente galaxias extremadamente compactas. Al igual que los columpios de una feria, cuanto más rápido gira el halo, más se estiran, lo que provoca que la galaxia que se forma en su centro se expanda; asimismo, un espín o giro lento mantiene el radio de los columpios más pequeño.

Esta hipótesis también explica por qué los puntos luminosos son relativamente raros: representan solo el 1% de la abundancia de galaxias típicas, pero son más comunes que los cuásares, los agujeros negros supermasivos extremadamente brillantes que brillan en el centro de algunas galaxias.

Además, ayuda a aclarar por qué los puntos luminosos solo se observan durante un breve período de mil millones de años en el universo primitivo. A medida que el universo evoluciona, los halos de materia oscura se hacen más grandes y adquieren mayor momento angular, lo que dificulta la formación de galaxias compactas de bajo espín.

"Los halos de materia oscura se caracterizan por una velocidad de rotación: algunos giran muy lentamente y otros giran más rápido", afirmó Loeb. "Demostramos que si asumimos que los pequeños puntos rojos se encuentran típicamente en el primer percentil de la distribución de espín de los halos de materia oscura, se explican todas sus propiedades observacionales".

Si bien el artículo no resuelve si los pequeños puntos rojos son alimentados por estrellas o agujeros negros, sugiere que son entornos ideales para el rápido crecimiento estelar o de agujeros negros.

"Los halos de bajo espín tienden a concentrar masa en el centro, lo que facilita la acreción de materia por un agujero negro o la rápida formación de estrellas", concluyó Pacucci.

Algunos de los puntos muestran amplias líneas de emisión en sus espectros, que podrían ser indicios de agujeros negros activos, pero carecen de la emisión de rayos X que se les suele asociar. Pacucci lidera nuevos programas para comprender mejor la naturaleza de estas peculiares fuentes astrofísicas. Por ejemplo, el hallazgo de galaxias cercanas similares aclarará en qué se convierten más lejos en el espacio.