Las estrellas oscuras podrían explicar misterios del universo temprano

Un nuevo estudio, liderado por el profesor asistente de Física y Astronomía de Colgate University, Cosmin Ilie, junto a Jillian Paulin de la Universidad de Pennsylvania, Andreea Petric del Space Telescope Science Institute y Katherine Freese de la Universidad de Texas en Austin, propuso una idea que podría resolver tres grandes misterios del universo temprano. Los investigadores sugirieron que las estrellas oscuras podrían ayudar a explicar la aparición de galaxias sorprendentemente brillantes, la presencia de agujeros negros extremadamente masivos en tiempos muy tempranos y los extraños objetos conocidos como "puntos rojos" que se observan en las imágenes del Telescopio Espacial James Webb (JWST).

Las primeras estrellas se formaron en regiones dominadas por materia oscura, específicamente en los centros de pequeñas estructuras de materia oscura llamadas microhalos. Cientos de millones de años después del Big Bang, nubes de hidrógeno y helio se enfriaron lo suficiente como para comenzar a colapsar bajo su propia gravedad, lo que llevó al nacimiento de las primeras estrellas y marcó el inicio del amanecer cósmico, un período formativo en la historia del universo.

Durante este tiempo, las condiciones podrían haber permitido la formación de un tipo raro de estrella. Estas estrellas podrían estar impulsadas no solo por la fusión nuclear, sino también por la energía liberada cuando las partículas de materia oscura se aniquilan. Conocidas como estrellas oscuras, estos objetos podrían crecer a tamaños enormes y evolucionar naturalmente hacia las semillas que más tarde se convierten en agujeros negros supermasivos.

JWST revela galaxias tempranas inesperadas

El JWST ha observado ahora los objetos más distantes jamás estudiados, ofreciendo una visión sin precedentes del universo temprano. Estas observaciones han desafiado teorías de larga data sobre cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias. Uno de los hallazgos más sorprendentes es una gran población de galaxias conocidas como "monstruos azules". Estas galaxias son extremadamente brillantes, muy compactas y contienen poco o ningún polvo.

Antes del JWST, ninguna simulación o modelo teórico predecía que galaxias con estas propiedades debían existir tan temprano en la historia cósmica. Su descubrimiento obligó a los astrónomos a reconsiderar la rapidez con la que podrían haberse formado las estrellas y galaxias.

Agujeros negros masivos y puntos rojos

Los datos del JWST también intensificaron un misterio en curso sobre los agujeros negros supermasivos. Algunas de las galaxias observadas más temprano parecen albergar agujeros negros que son mucho más grandes de lo esperado para su edad. Explicar cómo se formaron las semillas de estos agujeros negros supermasivos, que son más grandes de lo esperado, sigue siendo un gran desafío.

Además, el JWST ha revelado una nueva categoría de objetos compactos conocidos como "puntos rojos" (LRDs). Estas fuentes libres de polvo datan del amanecer cósmico y son inusuales porque emiten poca o ninguna radiación de rayos X, algo que los astrónomos no anticiparon basándose en los modelos existentes.

Por qué los modelos actuales son insuficientes

En conjunto, las galaxias monstruo azul, los agujeros negros masivos tempranos y los puntos rojos señalan importantes lagunas en las teorías de formación de galaxias y agujeros negros anteriores al JWST. Los hallazgos sugieren que los modelos ampliamente aceptados necesitan actualizaciones sustanciales para dar cuenta de lo que el JWST está observando actualmente.

"Algunos de los misterios más significativos planteados por los datos del amanecer cósmico del JWST son, de hecho, características de la teoría de las estrellas oscuras", afirmó Ilie.

Crece la evidencia de las estrellas oscuras

A pesar de que las estrellas oscuras aún no han sido confirmadas mediante observación directa, el nuevo estudio refuerza el caso de su existencia. Se basa en candidatos de estrellas oscuras fotométricos y espectroscópicos identificados en dos estudios separados de PNAS publicados en 2023 y 2025, respectivamente.

Los autores describieron en detalle cómo las estrellas oscuras podrían explicar las propiedades de las galaxias monstruo azul, los puntos rojos y las galaxias tempranas que albergan agujeros negros masivos. El documento también presentó el análisis espectroscópico más reciente, informando evidencia de características de absorción de helio distintivas en el espectro de JADES-GS-13-0. Una característica similar había sido identificada previamente en JADES-GS-14-0.

Por qué son importantes las estrellas oscuras

Las estrellas oscuras son algunos de los objetos teóricos más intrigantes en la astrofísica moderna. Si se confirman, podrían ofrecer una forma de sondear directamente las propiedades de las partículas de materia oscura. Esto complementaría los esfuerzos en curso para detectar materia oscura en experimentos de laboratorio en la Tierra, ya sea a través de detección directa o producción de partículas, y podría ayudar a conectar observaciones cósmicas con la física fundamental.