05 Sep Little Red Dots y agujeros negros supermasivos
Desde su descubrimiento en 2022 por el telescopio espacial James Webb, estas fuentes rojas extremadamente distantes y compactas denominadas little red dots (LRDs), o pequeños puntos rojos, han despertado un enorme interés entre los astrónomos.
Comprender la posible relación entre little red dots y agujeros negros supermasivos, ha constituido un desconcertante desafío científico.
La evolución de los little red dots (LRDs)
Una de las teorías más extendidas sostiene que los little red dots son manifestaciones de agujeros negros supermasivos, conocidos como núcleos galácticos activos (AGN), aunque presentan características diferentes de las de los núcleos galácticos activos cercanos.
Esta posible conexión entre little red dots y agujeros negros supermasivos constituye actualmente una de las cuestiones más interesantes para comprender el universo temprano.
Aunque parecen abundantes a altos corrimientos al rojo, en las primeras épocas del universo, su número disminuye rápidamente a corrimientos al rojo más bajos. (Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, mayor es la distancia que la luz ha tenido que recorrer a través del universo).
Este desconcertante cambio en su abundancia plantea una pregunta: ¿qué les ocurre a los little red dots a medida que el universo madura?
Sesgo observacional
Un equipo de investigadores dirigido por Pierluigi Rinaldi, del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y actualmente en el Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, ha desarrollado investigaciones previas en un nuevo estudio.
En él proponen una posible trayectoria evolutiva de los LRDs a medida que envejece el universo: aunque puedan parecer una población galáctica única, estos puntos están afectados por un sesgo observacional, ya que algunas de sus características simplemente no son visibles a altos corrimientos al rojo con la tecnología actual.
El «Saguaro»
Sus conclusiones se basan en el análisis de la galaxia espiral de menor corrimiento al rojo WISEA J123635.56+621424.2, apodada «el Saguaro» por sus prominentes brazos, semejantes a los del cactus originario del desierto de Sonora, en el suroeste de Estados Unidos.
Una característica particularmente intrigante de esta galaxia, situada a un corrimiento al rojo de 2, lo que corresponde aproximadamente a 3.300 millones de años después del Big Bang, es su centro semejante a un little red dot, que recuerda al fruto rojo rubí producido por esta planta del desierto.
«Todo lo que se creó en el universo temprano debe evolucionar hacia algo que exista a nuestro alrededor. Hasta ahora teníamos muy poca idea de en qué se convierten los LRDs, pero estos resultados finalmente nos muestran cómo encontrar a sus descendientes», afirma el coautor George Rieke, de la Universidad de Arizona.
Estudios anteriores realizados con el ya retirado telescopio espacial Spitzer proporcionaron las primeras pistas sobre una población de galaxias compactas y oscurecidas por polvo en el universo de menor corrimiento al rojo, a la que pertenece el Saguaro, allanando el camino para los análisis de alta resolución de los telescopios espaciales Hubble y James Webb.
«El Saguaro es importante porque constituye un little red dot prototípico y es uno de los pocos que hemos encontrado a menor corrimiento al rojo. Puede utilizarse para estudiar la evolución de estos objetos a lo largo del tiempo cósmico», explica Fabio Pacucci, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts.
Un caso ideal
Entre los miles de fuentes examinadas por Rinaldi en diversos estudios, el Saguaro representaba el caso ideal: por un lado, una de las matrices de microobturadores del Webb estaba perfectamente situada sobre el núcleo de la galaxia para obtener datos espectroscópicos; por otro, se encontraba a un corrimiento al rojo relativamente bajo.
Para obtener una visión lo más amplia posible de la galaxia espiral a través del espectro electromagnético, el equipo utilizó datos de archivo de imágenes ultravioleta del Hubble y datos de imágenes y espectroscopía infrarroja del Webb.
«Como el Saguaro se encuentra a un corrimiento al rojo más bajo, podemos observar su hermosa y brillante galaxia anfitriona con gran resolución y detalle gracias al Webb y al Hubble», explica Zihao Wu, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. «Las observaciones del Webb pueden ayudarnos a comprender cómo están conectadas la galaxia y su núcleo semejante a un little red dot.»
Investigando la naturaleza del Saguaro
El equipo adoptó varios enfoques para comprobar que el núcleo rojo compacto del Saguaro coincidía con las características de un LRD prototípico.
En particular, los datos de Hubble y Webb mostraron que el núcleo es más brillante tanto en luz ultravioleta como infrarroja que en luz visible, al igual que los LRDs distantes.
El equipo también separó cuidadosamente la luz emitida por la galaxia anfitriona de la procedente del núcleo y tuvo en cuenta la presencia de emisión de rayos X procedente de la fuente.
Aunque la mayoría de los little red dots situados a alto corrimiento al rojo no son detectables en rayos X, el Observatorio de Rayos X Chandra detectó una débil emisión de rayos X procedente del Saguaro.
El estudio de los little red dots y agujeros negros supermasivos mediante este tipo de observaciones resulta especialmente importante para determinar la verdadera naturaleza de estas fuentes.
«Lo que muestran las observaciones en rayos X es que esta galaxia alberga un núcleo galáctico activo fuertemente oscurecido», afirma Carys Gilbert, estudiante de máster de la Universidad de Ciudad del Cabo, en Sudáfrica. «No solo está oscurecido, sino que también es débil en rayos X. Ese tipo de combinación podría explicar la ausencia de emisión de rayos X que observamos en todos los demás little red dots. Encaja muy bien en el rompecabezas de los little red dots.»
Desplazamiento sintético
Además de demostrar que la fuente roja compacta central del Saguaro cumple los criterios de un little red dot, el equipo desplazó sintéticamente la galaxia a un corrimiento al rojo mayor para explorar cómo aparecería este entorno galáctico a los observadores si estuviera situado en el universo temprano.
Como era de esperar, la estructura galáctica circundante del Saguaro se desvanece, de modo que únicamente permanece visible la brillante fuente central semejante a un LRD.
«Nuestra teoría es que la mayoría de estas fuentes distantes están afectadas por este efecto cosmológico, lo que genera un sesgo observacional», afirma Rinaldi. «Simplemente no somos capaces de observar el entorno inmediato de los little red dots de alto corrimiento al rojo porque sus alrededores son demasiado débiles para ser detectados, incluso con el Webb. Los little red dots son mucho más complejos que un simple punto. Son solo la punta del iceberg: la manifestación visible de un agujero negro supermasivo que interactúa con su entorno inmediato».
Esta interpretación refuerza la hipótesis de que little red dots y agujeros negros supermasivos están estrechamente vinculados y de que la apariencia puntual de estos objetos podría ocultar sistemas galácticos mucho más complejos de lo que inicialmente sugieren las observaciones.
Una posible fase evolutiva
Teniendo en cuenta el caso del Saguaro, el equipo considera que los LRDs podrían no constituir una población galáctica única, sino más bien una fase temporal de agujeros negros supermasivos altamente activos.
Esta posible fase evolutiva de little red dots y agujeros negros supermasivos podría ayudar a explicar su abundancia en el universo temprano. ¿Podría esta teoría constituir el vínculo entre la abundante población de little red dots de alto corrimiento al rojo observada por el Webb y el universo local?
Aunque el Saguaro no es representativo de todos los LRDs, el equipo propone que podría representar una de las fases evolutivas de estas fuentes rojas compactas.
Para reforzar esta hipótesis será necesario estudiar más detalladamente el Saguaro, así como buscar otras galaxias similares a él a menor corrimiento al rojo.
El equipo también pretende examinar exhaustivamente la abundante información archivada del Webb para elaborar un censo de little red dots y estudiar cómo sus entornos pueden influir en su evolución.
Todos estos enfoques persiguen un mismo objetivo: reconstruir el árbol evolutivo de los misteriosos little red dots y comprender mejor la relación entre little red dots y agujeros negros supermasivos a lo largo de la historia del universo.
Fuente: NASA Webb Explores Family Tree of Newly Discovered Distant Objects
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