Los científicos que trabajan con el telescopio espacial James Webb descubrieron tres objetos astronómicos inusuales a principios de 2025, que pueden ser ejemplos de estrellas oscuras. El concepto de estrellas oscuras existe desde hace tiempo y podría cambiar la comprensión de los científicos sobre cómo se forman las estrellas ordinarias. Sin embargo, su nombre es un poco inapropiado.
"Estrellas oscuras" es uno de esos nombres desafortunados que en la superficie no describen con precisión los objetos que representan. Las estrellas oscuras no son realmente estrellas y ciertamente no son oscuras.
Sin embargo, el nombre capta la esencia de este fenómeno. La "oscuridad" en el nombre no se refiere a cuán brillantes son estos objetos, sino al proceso que los hace brillar, impulsado por una sustancia misteriosa llamada materia oscura. El gran tamaño de estos objetos hace difícil clasificarlos como estrellas.
Como físico, me fascinaba la materia oscura y traté de encontrar una manera de ver sus rastros utilizando aceleradores de partículas. Me pregunto si las estrellas oscuras podrían proporcionar un método alternativo para encontrar materia oscura.
¿Qué hace que la materia oscura sea oscura?
La materia oscura, que constituye aproximadamente el 27% del universo pero que no puede observarse directamente, es la idea clave detrás del fenómeno de las estrellas oscuras. Los astrofísicos han estudiado esta misteriosa sustancia durante casi un siglo, pero no hemos visto evidencia directa de ella más que sus efectos gravitacionales. Entonces, ¿qué hace que la materia oscura sea oscura?
Aunque los físicos no saben mucho al respecto, la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo. Biblioteca de fotos Visual Capitalist/Ciencia vía Getty Images
Los humanos observamos principalmente el universo detectando ondas electromagnéticas emitidas o reflejadas por varios objetos. Por ejemplo, la Luna es visible a simple vista porque refleja la luz del sol. Los átomos en la superficie de la Luna absorben fotones (partículas de luz) enviadas desde el Sol, lo que hace que los electrones dentro de los átomos se desplacen y envíen parte de esa luz hacia nosotros.
Los telescopios más avanzados detectan ondas electromagnéticas más allá del espectro visible, como las ondas ultravioleta, infrarrojas o de radio. Utilizan el mismo principio: los componentes del átomo cargados eléctricamente reaccionan a estas ondas electromagnéticas. Pero, ¿cómo pueden detectar una sustancia, la materia oscura, que no sólo no tiene carga eléctrica sino que tampoco tiene componentes cargados eléctricamente?
Aunque los científicos no conocen la naturaleza exacta de la materia oscura, muchos modelos sugieren que está compuesta de partículas eléctricamente neutras, aquellas que no tienen carga eléctrica. Esta propiedad hace imposible observar la materia oscura de la misma manera que observamos la materia ordinaria.
Se cree que la materia oscura está formada por partículas que son sus propias antipartículas. Las antipartículas son versiones "espejo" de partículas. Tienen la misma masa, pero carga eléctrica y otras propiedades opuestas. Cuando una partícula encuentra su antipartícula, se anulan entre sí en un estallido de energía.
Si las partículas de materia oscura fueran sus propias antipartículas, se aniquilarían cuando chocaran entre sí, liberando potencialmente grandes cantidades de energía. Los científicos predicen que este proceso juega un papel clave en la formación de estrellas oscuras, siempre que la densidad de partículas de materia oscura dentro de estas estrellas sea lo suficientemente alta. La densidad de la materia oscura determina la frecuencia con la que las partículas de materia oscura chocan y se aniquilan entre sí. Si la densidad de materia oscura dentro de las estrellas oscuras es alta, éstas serían destruidas con frecuencia.
¿Qué hace brillar a una estrella oscura?
El concepto de estrellas oscuras surge de una pregunta fundamental pero no resuelta en astrofísica: ¿Cómo se forman las estrellas? Según la opinión ampliamente aceptada, las nubes de hidrógeno y helio primordiales (los elementos químicos que se formaron en los primeros minutos después del Big Bang, hace unos 13.800 millones de años) colapsaron bajo la gravedad. Se calentaron e iniciaron la fusión nuclear, que formó elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Este proceso condujo a la formación de la primera generación de estrellas.
Las estrellas se forman cuando las nubes de polvo colapsan hacia adentro y se condensan alrededor de un núcleo pequeño, brillante y denso. NASA, ESA, CSA y STScI, J. DePasquale (STScI), CC BI-ND
En la visión estándar de la formación estelar, la materia oscura se considera un elemento pasivo que simplemente ejerce una atracción gravitacional sobre todo lo que la rodea, incluidos el hidrógeno y el helio primordiales. Pero ¿y si la materia oscura desempeñara un papel más activo en el proceso? Ésta es exactamente la pregunta que se hizo un grupo de astrofísicos en 2008.
En el denso entorno del universo primitivo, las partículas de materia oscura chocarían y se destruirían entre sí, liberando energía en el proceso. Esta energía podría calentar el gas hidrógeno y helio, evitando que colapse aún más y retrasando, o incluso previniendo, una ignición típica de fusión nuclear.
El resultado sería un objeto parecido a una estrella, pero impulsado por el calentamiento de la materia oscura en lugar de la fusión. A diferencia de las estrellas ordinarias, estas estrellas oscuras podrían vivir mucho más tiempo porque seguirían brillando mientras atrajeran la materia oscura. Esta característica las distinguiría de las estrellas ordinarias, porque su temperatura más baja daría como resultado menores emisiones de diversas partículas.
¿Podemos observar estrellas oscuras?
Varias características únicas ayudan a los astrónomos a identificar posibles estrellas oscuras. En primer lugar, estos objetos deben ser muy antiguos. A medida que el universo se expande, la frecuencia de la luz procedente de objetos lejanos a la Tierra disminuye, desplazándose hacia el extremo infrarrojo del espectro electromagnético, lo que significa que se "desplaza hacia el rojo". Los objetos más antiguos parecen los más desplazados al rojo para los observadores.
Dado que las estrellas oscuras se forman a partir de hidrógeno y helio primordiales, se espera que contengan pocos o ningún elemento más pesado, como el oxígeno. Serían muy grandes y más fríos en la superficie, pero muy brillantes porque su tamaño (y su superficie emisora de luz) compensan su menor brillo superficial.
También se espera que sean enormes, con radios de unas decenas de unidades astronómicas, una medida de distancia cósmica igual a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol. Se teoriza que algunas estrellas oscuras supermasivas alcanzan una masa de aproximadamente 10.000 a 10 millones de veces la del Sol, dependiendo de cuánta materia oscura e hidrógeno o helio puedan acumular durante su crecimiento.
Entonces, ¿los astrónomos han observado estrellas oscuras? Probablemente. Los datos del Telescopio Espacial James Webb han revelado algunos objetos con un desplazamiento al rojo muy alto que parecen más brillantes (y posiblemente más masivos) de lo que los científicos esperan de las típicas galaxias o estrellas tempranas. Estos resultados han llevado a algunos investigadores a sugerir que las estrellas oscuras podrían explicar estos objetos.
El telescopio espacial James Webb, que se muestra en esta ilustración, detecta la luz proveniente de objetos en el universo. Northrup Grumman/NASA
En particular, un estudio reciente que analiza datos del Telescopio Espacial James Webb identificó tres candidatos consistentes con modelos de estrellas oscuras supermasivas. Los investigadores observaron cuánto helio contenían estos objetos para identificarlos. Dado que es la aniquilación de la materia oscura lo que calienta estas estrellas oscuras, en lugar de la fusión nuclear la que convierte el helio en elementos más pesados, las estrellas oscuras deberían tener más helio.
Los investigadores señalan que uno de estos objetos mostró una posible firma de absorción de helio "pistola humeante": una abundancia de helio mucho mayor de lo que se esperaría en las galaxias tempranas típicas.
Las estrellas oscuras pueden explicar los primeros agujeros negros
¿Qué sucede cuando una estrella oscura se queda sin materia oscura? Depende del tamaño de la estrella oscura. Para las estrellas oscuras más brillantes, el agotamiento de la materia oscura significaría que la gravedad comprimiría el hidrógeno restante, provocando la fusión nuclear. En este caso, la estrella oscura eventualmente se convertiría en una estrella ordinaria, por lo que algunas estrellas pueden haber comenzado como estrellas oscuras.
Las estrellas oscuras supermasivas son aún más intrigantes. Al final de su vida, una estrella oscura supermasiva muerta colapsaría directamente en un agujero negro. Este agujero negro podría iniciar la formación de un agujero negro supermasivo, como los observados por los astrónomos en los centros de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.
Las estrellas oscuras también podrían explicar cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Podrían arrojar luz sobre algunos agujeros negros únicos observados por los astrónomos. Por ejemplo, el agujero negro de la galaxia UHZ-1 tiene una masa cercana a los 10 millones de masas solares y es muy antiguo: se formó sólo 500 millones de años después del Big Bang. Los modelos tradicionales luchan por explicar cómo se pueden formar agujeros negros tan masivos con tanta rapidez.
La idea de las estrellas oscuras no es universalmente aceptada. Estas candidatas a estrellas oscuras aún podrían resultar galaxias inusuales. Algunos astrofísicos sostienen que la acumulación de materia -el proceso por el cual los objetos masivos atraen la materia circundante- sólo puede producir estrellas masivas, y que los estudios que utilizan observaciones del Telescopio James Webb no pueden distinguir entre estrellas ordinarias masivas y estrellas oscuras más pequeñas y frías.
Los investigadores subrayan que necesitarán más datos observacionales y avances teóricos para resolver este misterio.
.webp)
0 Comentarios