El telescopio espacial James Webb (JWST) permitió obtener nuevas pistas sobre la naturaleza de los llamados “little red dots” o pequeños puntos rojos, una población de objetos extremadamente compactos y rojizos descubierta en el Universo temprano, cuya verdadera naturaleza todavía genera debate entre los astrónomos. Un nuevo estudio encontró que estos objetos no serían simples puntos aislados de luz, sino que estarían ubicados en el centro de galaxias muy pequeñas, densas y con formación estelar. Además, estarían probablemente asociados a agujeros negros supermasivos en crecimiento. El resultado ayuda a explicar cómo pudieron desarrollarse simultáneamente las primeras galaxias y sus agujeros negros durante los primeros mil millones de años después del Big Bang.
El estudio, publicado en la revista Nature Astronomy, analizó 217 little red dots observados por el programa COSMOS-Web, uno de los grandes relevamientos realizados con la cámara NIRCam del Webb.
Estos objetos comenzaron a llamar especialmente la atención después de la entrada en servicio del telescopio en 2022, porque aparecen como fuentes diminutas y muy rojas en imágenes infrarrojas de regiones extremadamente lejanas del Universo. Además, varios de ellos presentan características espectrales asociadas a núcleos galácticos activos, es decir, agujeros negros que están absorbiendo materia y liberando grandes cantidades de energía. El problema era que su tamaño aparente era tan reducido que, en muchos casos, resultaba imposible determinar si alrededor de ese punto brillante existía realmente una galaxia o si prácticamente toda la luz provenía de la región inmediata al agujero negro.
El protagonista del hallazgo: NIRCam
Para resolverlo, los investigadores combinaron las imágenes de los 217 objetos obtenidas por NIRCam en cuatro filtros infrarrojos: F115W, F150W, F277W y F444W. La muestra abarca objetos con desplazamientos al rojo de aproximadamente z=5 a z=9, es decir, galaxias tan lejanas que su luz comenzó a viajar hacia nosotros hace más de 12.000 millones de años. Por eso, al observarlas, estamos viendo cómo eran cuando el Universo tenía apenas unos cientos de millones de años.
En lugar de estudiar cada little red dot por separado, el equipo utilizó una técnica denominada apilamiento de imágenes. Alineó las observaciones de todos los objetos y las combinó para reforzar las características comunes que individualmente resultaban demasiado débiles para distinguirse del ruido. De esa manera apareció una emisión tenue y extendida alrededor del punto central, especialmente clara en el filtro F444W. Esa luz constituye la principal evidencia de que alrededor de los little red dots existe una población de estrellas y, por lo tanto, una galaxia anfitriona.
Las dimensiones obtenidas son particularmente llamativas. La componente extendida observada en F444W tiene un radio típico de aproximadamente 200 a 210 parsecs, lo que es equivalente a unos 650 a 685 años luz.
Para ponerlo en perspectiva, la Vía Láctea tiene un disco de alrededor de 100.000 años luz de diámetro. A pesar de su reducido tamaño, los modelos realizados a partir de la luz observada indican que estas galaxias contienen, en promedio, alrededor de mil millones de masas solares en estrellas. Son aproximadamente 2,5 veces más compactas que otras galaxias con formación estelar de masa semejante observadas en la misma etapa de la historia cósmica. El resultado describe, por lo tanto, sistemas en los que una gran cantidad de materia estaba concentrada en regiones extraordinariamente pequeñas.
Los agujeros negros del Universo primitivo
El estudio también ayuda a entender por qué los little red dots habían sido tan difíciles de interpretar. En las longitudes de onda más largas analizadas, la fuente puntual central domina claramente la emisión. En F444W puede representar cerca del 90% de la luz total, mientras que la galaxia circundante aporta solamente una fracción pequeña y difícil de detectar directamente. Esto es compatible con un escenario en el que el centro está ocupado por un agujero negro supermasivo activo, rodeado por una galaxia todavía joven.
Observaciones anteriores ya habían detectado en muchos little red dots líneas anchas de hidrógeno, una señal típica del gas moviéndose a enormes velocidades cerca de un agujero negro. En mayo, por ejemplo, otro estudio publicado en Nature logró medir directamente una masa de unos 50 millones de soles para el agujero negro de un little red dot situado a un desplazamiento al rojo de 7,04.
Este punto es importante porque una de las grandes preguntas abiertas por el Webb es cómo pudieron aparecer agujeros negros tan masivos tan temprano en la historia del Universo. En el Universo actual existe una relación relativamente clara entre la masa de una galaxia y la del agujero negro situado en su centro, lo que indica que ambos evolucionaron conjuntamente durante miles de millones de años. En los little red dots, en cambio, los agujeros negros parecen ser desproporcionadamente grandes respecto de sus pequeñas galaxias anfitrionas
El nuevo trabajo encuentra que las masas típicas estimadas para estos agujeros negros se sitúan alrededor de 1,5 órdenes de magnitud por encima de la relación observada actualmente, una diferencia de aproximadamente un factor de 30. Esto podría indicar que, al menos en algunos sistemas del Universo primitivo, los agujeros negros crecieron antes o mucho más rápidamente que las galaxias que los rodeaban.
El resultado todavía no cierra definitivamente el misterio
La señal extendida obtenida representa las propiedades promedio de los 217 objetos, ya que la emisión de las galaxias anfitrionas continúa siendo demasiado tenue para distinguirse con claridad alrededor de la mayoría de los little red dots de manera individual. Además, no todos los objetos de la muestra cuentan todavía con confirmaciones espectroscópicas precisas de sus distancias y características físicas.
Las próximas observaciones deberán determinar si esta estructura se repite en toda la población y cómo se relacionan las masas de las galaxias con las de sus agujeros negros. Lo que el Webb acaba de revelar es que detrás de aquellos diminutos puntos rojos probablemente existe algo más complejo: galaxias extremadamente compactas construyendo estrellas alrededor de algunos de los agujeros negros más jóvenes conocidos del Universo.
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