Los pequeños puntos rojos del telescopio Webb podrían ocultar galaxias enteras

Desde que el Telescopio Espacial James Webb reveló la existencia de los pequeños puntos rojos (LRDs) en 2022, los astrónomos han intentado comprender su naturaleza. Estos compactos y extremadamente distantes objetos aparecen en el universo temprano, pero su verdadera esencia ha sido difícil de explicar.

Una de las teorías más prominentes sugiere que los LRDs son agujeros negros supermasivos, conocidos como núcleos galácticos activos. Sin embargo, su comportamiento no coincide del todo con lo que se observa en los núcleos galácticos activos más cercanos. Los LRDs son comunes a altos desplazamientos al rojo, pero su número disminuye drásticamente a medida que se observa un desplazamiento al rojo más bajo. Esta diferencia ha planteado una pregunta crucial: ¿qué les sucede a estos objetos misteriosos a medida que el universo envejece?

Una posible evolución de los pequeños puntos rojos

Un equipo de investigación liderado por Pierluigi Rinaldi de la Universidad de Arizona, quien actualmente se encuentra en el Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, podría haber encontrado parte de la respuesta. Basándose en investigaciones anteriores, el equipo publicó un nuevo estudio el 29 de julio en The Astrophysical Journal.

Los resultados sugieren que los LRDs podrían no representar una población completamente separada de galaxias. En cambio, su apariencia inusual podría ser el resultado de un sesgo observacional. A distancias extremas, algunas estructuras circundantes se vuelven demasiado tenues para que los telescopios actuales las detecten, dejando visible solo la fuente central brillante.

Los investigadores llegaron a esta conclusión al estudiar una galaxia espiral de desplazamiento al rojo más bajo llamada WISEA J123635.56+621424.2, apodada 'Saguaro' por sus prominentes brazos en espiral que se asemejan a los cactus del desierto de Sonora, en el suroeste de los Estados Unidos. La galaxia se encuentra a un desplazamiento al rojo de 2, lo que significa que los astrónomos la ven como apareció aproximadamente 3.3 mil millones de años después del Big Bang. En su centro, hay una fuente roja compacta que se asemeja a un pequeño punto rojo y evoca la fruta roja rubí del cactus del desierto.

El coautor George Rieke de la Universidad de Arizona comentó: "Todo lo que se creó en el universo temprano debe evolucionar a algo que nos rodea. Teníamos poca idea de lo que se convertían los LRDs, pero estos resultados finalmente nos muestran cómo encontrar sus progenitores".

Observaciones anteriores del Telescopio Espacial Spitzer de NASA ya habían proporcionado un vistazo temprano de la población de galaxias compactas y cubiertas de polvo en el universo de desplazamiento al rojo más bajo, que incluye al Saguaro. Estos hallazgos ayudaron a sentar las bases para observaciones más detalladas con los telescopios espaciales Hubble y Webb.

El Saguaro es importante porque es un prototipo de pequeño punto rojo y es uno de los pocos que se han encontrado a un desplazamiento al rojo más bajo. Puede ser utilizado para estudiar el camino de estos puntos a lo largo del tiempo cósmico, según Fabio Pacucci del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, y coautor del estudio.

Webb y Hubble revelan el Saguaro en detalle

Rinaldi examinó miles de fuentes en varios estudios astronómicos, pero el Saguaro destacó porque los investigadores contaban con observaciones inusualmente útiles de él. Una de las matrices de microobturadores de Webb estaba posicionada directamente sobre el núcleo de la galaxia, lo que permitió al telescopio recopilar datos espectroscópicos de su centro. El desplazamiento al rojo más bajo de la galaxia también permitió a los astrónomos observar su estructura más grande con mayor claridad.

Para examinar la galaxia espiral en la mayor parte del espectro electromagnético posible, el equipo combinó observaciones de archivo de Hubble y Webb. Hubble proporcionó imágenes en ultravioleta, mientras que Webb ofreció imágenes en infrarrojo y datos espectroscópicos.

El coautor Zihao Wu del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica afirmó: "Debido a que el Saguaro está en un desplazamiento al rojo más bajo, podemos ver la hermosa y brillante galaxia anfitriona en alta resolución y detalle con Webb y Hubble. Las observaciones de Webb pueden ayudarnos a entender cómo la galaxia y su núcleo similar a un pequeño punto rojo están conectados".

El equipo utilizó varios métodos para probar si el núcleo rojo compacto del Saguaro realmente coincidía con las características definitorias de un LRD típico. Las observaciones de Hubble y Webb mostraron que el núcleo brilla más intensamente en longitudes de onda de ultravioleta e infrarrojo que en luz visible, lo cual también se observa en los lejanos pequeños puntos rojos.

Además, el equipo separó la luz proveniente de la propia galaxia de la luz producida por su núcleo y examinó si el objeto emitía rayos X. La mayoría de los pequeños puntos rojos a altos desplazamientos al rojo no pueden ser detectados en luz X. Sin embargo, el Saguaro produjo una débil emisión de rayos X que fue detectada por el Observatorio de Rayos X Chandra de NASA.

La coautora Carys Gilbert, estudiante de maestría en la Universidad de Ciudad del Cabo en Sudáfrica, comentó: "Lo que las observaciones de luz X muestran es que esta galaxia tiene un núcleo galáctico activo, y uno muy cubierto. No solo está cubierto, sino que también es débil en rayos X. Esa combinación podría explicar la falta de emisión de rayos X que vemos en todos los otros pequeños puntos rojos. Encaja perfectamente en el rompecabezas de los pequeños puntos rojos".

Cómo se vería el Saguaro en el universo temprano

Los investigadores realizaron otra prueba reveladora. Después de establecer que el núcleo rojo compacto del Saguaro coincidía con las características de un pequeño punto rojo, desplazaron digitalmente la galaxia a un desplazamiento al rojo más alto para simular cómo se vería si los observadores la vieran mucho más atrás en la historia cósmica.

El resultado fue sorprendente. A medida que el Saguaro se trasladó a distancias simuladas mayores, la galaxia circundante se volvió demasiado tenue para ser vista. Su estructura en espiral desapareció efectivamente, mientras que la brillante fuente similar a un LRD en el centro permaneció visible.

Ese resultado respalda la idea de que al menos algunos de los lejanos pequeños puntos rojos pueden parecer aislados simplemente porque los astrónomos no pueden detectar las galaxias mucho más tenues que los rodean.

Rinaldi explicó: "Nuestra teoría es que la mayoría de estas fuentes distantes están afectadas por este efecto cosmológico, creando un sesgo observacional. Simplemente no podemos muestrear el entorno inmediato de los pequeños puntos rojos de alto desplazamiento al rojo porque sus alrededores son demasiado tenues para ser observados incluso con Webb. Los pequeños puntos rojos son mucho más complejos que ser solo un punto. Son solo la punta del iceberg: de un agujero negro supermasivo interactuando con su entorno cercano".

Una fase oculta del crecimiento de agujeros negros supermasivos

Basándose en el estudio de caso del Saguaro, los investigadores sugieren que los pequeños puntos rojos podrían no formar una clase única de galaxia. En cambio, podrían representar una fase temporal en la que los agujeros negros supermasivos son especialmente activos.

Si es así, el Saguaro podría ofrecer un vínculo importante entre la gran población de pequeños puntos rojos que Webb observa a altos desplazamientos al rojo y las galaxias que pueblan el universo más reciente.

Los investigadores advierten que el Saguaro no puede representar todos los LRDs. En cambio, proponen que ilustra una posible etapa en la evolución de estas fuentes rojas compactas. Se necesitarán más observaciones para fortalecer esa interpretación. El equipo planea continuar estudiando el Saguaro y buscar galaxias adicionales similares al Saguaro a desplazamientos al rojo más bajos. También planean examinar el extenso archivo de Webb para crear un censo más amplio de pequeños puntos rojos e investigar cómo sus entornos circundantes influyen en su evolución.

Estos esfuerzos podrían ayudar a los astrónomos a reconstruir el árbol genealógico de los pequeños puntos rojos y determinar cómo estas misteriosas fuentes del universo temprano se desarrollan a lo largo del tiempo cósmico.

Webb y Hubble continúan indagando en la historia cósmica

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondeando las estructuras y orígenes misteriosos de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).

El Telescopio Espacial Hubble ha estado operando durante más de tres décadas y continúa realizando descubrimientos innovadores que moldean nuestra comprensión fundamental del universo. Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre NASA y ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de NASA en Greenbelt, Maryland, gestiona el telescopio y las operaciones de la misión.