En los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, las primeras estrellas del universo comenzaron a formarse a partir de nubes de hidrógeno y helio. Sin embargo, las observaciones de la Telescopio espacial James Webb (JWST) han revelado objetos en el universo temprano que son desconcertantemente brillantes, desafiando los modelos convencionales de evolución estelar y formación de agujeros negros. Un reciente estudiar Dirigido por investigadores de la Universidad de Colgate y la Universidad de Texas en Austin, informa sobre la identificación de cuatro objetos extremadamente distantes, cuyas propiedades son consistentes con un nuevo tipo teórico de estrella. La investigación, publicada en el Actas de la Academia Nacional de Cienciassugiere que estas pueden ser las primeras «estrellas oscuras» observadas: objetos estelares gigantes impulsados no por fusión nuclear, sino por la aniquilación de materia oscura.
Una nueva teoría de la evolución estelar
La teoría de las estrellas oscuras, desarrollada originalmente por Katherine Freese y sus colaboradores en un artículo de 2008, proporciona una posible explicación para estos objetos cósmicos inusuales. Según la teoría, estrellas oscuras Son nubes enormes e «hinchadas» compuestas principalmente de hidrógeno y helio. A diferencia de las estrellas normales, que se sostienen contra el colapso gravitacional gracias a la presión exterior de la fusión nuclear en sus núcleos, las estrellas oscuras funcionan mediante un mecanismo diferente. Se calientan mediante la aniquilación de las partículas de materia oscura que contienen. Se cree ampliamente que la materia oscura consiste en un nuevo tipo de partícula, siendo las partículas masivas de interacción débil (WIMP) una de las principales candidatas. Cuando estas partículas chocan, se aniquilan entre sí, depositando una cantidad mínima pero suficiente de calor en la nube de gas que colapsa. Este proceso evita que la nube se vuelva lo suficientemente densa como para iniciar la fusión, permitiéndole en cambio crecer hasta convertirse en un objeto extremadamente brillante y supermasivo. Las condiciones para la formación de estrellas oscuras habrían sido ideales en los densos halos de materia oscura del universo primitivo.
Analizando objetos candidatos del Telescopio Espacial James Webb
Usando datos de JWST Estudio extragaláctico profundo avanzado (JADES)El equipo de investigación identificó cuatro objetos candidatos a distancias extremas. Los candidatos son nombrados. JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-13-0y JADES-GS-z11-0. El equipo analizó tanto la morfología como los espectros de estos objetos utilizando los instrumentos NIRCam y NIRSpec del telescopio. El análisis mostró que cada uno de los cuatro objetos es consistente con la interpretación de estrella oscura supermasiva. Morfológicamente, JADES-GS-z14-1 no está resuelto, lo que significa que aparece como una fuente puntual, que es lo que se esperaría de una sola estrella muy distante. Los otros tres objetos son extremadamente compactos. La evidencia más convincente proviene del espectro de JADES-GS-z14-0que muestra signos de una posible firma «pistola humeante» para una estrella oscura. Los investigadores encontraron una caída en el espectro consistente con una característica de absorción de iones de helio en 1640 Å. Se predice que esta característica específica existirá en las atmósferas de las estrellas oscuras debido a las grandes cantidades de helio ionizado individualmente. Sin embargo, los investigadores señalan que la relación señal-ruido de esta característica es relativamente baja, aproximadamente Número de serie ~2lo que significa que el hallazgo aún es provisional. Los datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) también revelaron la presencia de oxígeno para el mismo objeto, lo que sugiere que puede no ser una estrella primordial aislada sino una incrustada en un ambiente rico en metales, posiblemente como resultado de una fusión. La identificación de estrellas oscuras supermasivas podría ayudar a resolver dos grandes enigmas de la astronomía: por qué JWST está encontrando galaxias tan brillantes en el universo primitivo y cómo se formaron tan rápidamente los agujeros negros supermasivos vistos alimentando quásares distantes.
