Webb podría haber detectado las primeras estrellas

Los espectros más profundos del James Webb reabren la cuestión de la 'primera luz'

Lo que el equipo encontró realmente

El estudio se centra en cuatro objetivos con un desplazamiento al rojo muy alto, extraídos de los sondeos profundos del JWST. Un objeto en particular —catalogado en los datos del sondeo del JWST como JADES‑GS‑z14‑0— muestra una caída tentativa en su espectro en la longitud de onda correspondiente al helio una vez ionizado (He II) a 1640 Å en el sistema en reposo. Esa característica de absorción se destaca en el artículo como una potencial "prueba irrefutable" de una estrella oscura supermasiva, ya que los modelos teóricos predicen una fuerte absorción de He II en las atmósferas extendidas y relativamente frías de tales objetos. Los autores enfatizan que la detección es débil (una relación señal-ruido aproximadamente del orden de dos) y debe tratarse con cautela.

Pero hay oxígeno en las inmediaciones

Para complicar el panorama, las observaciones de seguimiento con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) detectaron de forma robusta la línea de [O III] a 88 μm desde la misma ubicación en el cielo y midieron un desplazamiento al rojo espectroscópico preciso de z ≈ 14.18. La medición de ALMA implica un enriquecimiento de metales no despreciable: el oxígeno está presente en un nivel que desmiente un entorno primordial puramente libre de metales. Eso descartaría una estrella oscura prístina y solitaria, a menos que la estrella oscura esté incrustada en, o se haya mezclado con, un sistema enriquecido con metales, tal como discuten los autores del artículo. La detección de ALMA también proporciona un desplazamiento al rojo de alta precisión independiente que ayuda a anclar la interpretación de los espectros del JWST.

¿Qué son las estrellas oscuras y por qué son importantes?

La idea de las estrellas oscuras se propuso hace más de una década: en el universo primitivo, las nubes de gas en colapso que estaban formando los primeros objetos luminosos habrían estado incrustadas en densos cúmulos de materia oscura. Si la partícula de materia oscura se aniquila con sigo misma, la energía liberada podría calentar el gas y producir un objeto luminoso grande y difuso que nunca alcanza el estado compacto y dominado por la fusión de las estrellas ordinarias. En muchos modelos, estos objetos pueden llegar a ser extremadamente masivos y extremadamente brillantes; en algunos escenarios, una sola estrella oscura supermasiva puede brillar más que toda una galaxia pequeña. Detectar un objeto así no solo reescribiría los libros de texto sobre la formación de las primeras estrellas, sino que también ofrecería una ventana astrofísica inusual a la naturaleza de las partículas de la materia oscura.

En qué se diferencia una estrella oscura de las primeras estrellas ordinarias

Por qué la afirmación es aún tentativa

Existen razones importantes para mantener la cautela. En primer lugar, la característica de absorción de He II reportada en el espectro del JWST es débil; con una relación señal-ruido baja, los efectos instrumentales, la sustracción de fondo o el solapamiento de características nebulares pueden producir caídas espurias. En segundo lugar, muchos de los candidatos también pueden modelarse como regiones de formación estelar extremadamente compactas e intensas, o como agujeros negros en acreción, especialmente cuando hay presencia de emisión nebular. En tercer lugar, la detección de oxígeno por parte de ALMA implica un contenido metálico difícil de conciliar con una estrella oscura totalmente prístina, aunque los autores describen escenarios en los que una estrella oscura podría coexistir con gas cercano enriquecido con metales (por ejemplo, tras una fusión). Finalmente, el campo ha sido testigo de varias afirmaciones iniciales dramáticas a partir de los datos del JWST que requirieron un seguimiento más profundo para resolverse, por lo que la comunidad es deliberadamente exigente con la confirmación.

¿Qué contaría como una confirmación?

Una confirmación robusta necesita espectros con una mayor relación señal-ruido que reproduzcan las mismas características, imágenes con resolución espacial que puedan distinguir un objeto único y puntual de una galaxia compacta, y mediciones en múltiples longitudes de onda (ALMA, infrarrojo medio, e incluso futuros telescopios terrestres de la clase de 30 metros) para mapear el gas, las estrellas y el posible polvo. En el escenario de la estrella oscura, una absorción de He II 1640 clara y repetible, acompañada por la forma del continuo predicha y la ausencia de la típica emisión nebular, resultaría persuasiva. Por el contrario, detecciones más fuertes de múltiples líneas metálicas o poblaciones estelares resueltas favorecerían la interpretación de una galaxia temprana.

Implicaciones más amplias de ser cierto

Si se confirmara una población de estrellas oscuras, las consecuencias serían profundas. Ofrecerían una vía natural para producir semillas de agujeros negros masivos en épocas tempranas, ayudando a explicar los cuásares de mil millones de masas solares que ya se observan en desplazamientos al rojo superiores a seis. También vincularían la cosmología con la física de partículas al restringir las propiedades de aniquilación de las partículas de materia oscura. Finalmente, el hallazgo de una clase de objetos luminosos previamente desconocida en el amanecer cósmico remodelaría los modelos de formación de galaxias tempranas y de reionización. Pero todo eso depende de superar el alto listón de la prueba observacional.

Próximos pasos y el clima científico

Por ahora, el Webb ha dado a los astrónomos sus mejores y más directas pistas hasta la fecha sobre los primerísimos objetos luminosos. Está por verse si esas pistas apuntan a un amanecer convencional de estrellas pequeñas alimentadas por fusión o a una era exótica de gigantes impulsados por materia oscura; pero la caza de la primera luz cósmica ha entrado en una fase decisiva y profundamente intrigante.