El telescopio James Webb puede haber detectado estrellas alimentadas por materia oscura.

El Telescopio Espacial James Webb ha detectado objetos en el universo temprano que podrían ser un nuevo tipo de estrella, alimentada por materia oscura.

Estas "estrellas oscuras" aún son hipotéticas. Su identificación en las imágenes de JWST está lejos de ser segura. Pero si cualquiera de los tres candidatos, informados en el Proceedings of the National Academy of Sciences del 25 de julio, resulta ser este nuevo tipo de estrella, podrían ofrecer una visión de la formación de estrellas en el universo temprano, insinuar la naturaleza de la materia oscura y posiblemente explicar los orígenes de los agujeros negros supermasivos.

Propuestas por primera vez en 2007 por la cosmóloga Katherine Freese y sus colegas, se piensa que las estrellas oscuras podrían haber sido algunos de los primeros tipos de estrellas en formarse en el universo. Aunque las estrellas oscuras aún no se han observado, se cree que están alimentadas por el calor de las interacciones de la materia oscura en lugar de las reacciones de fusión nuclear, como ocurre en el sol.

Las estrellas oscuras "se verían muy extrañas", dice Freese, de la Universidad de Texas en Austin. Las estrellas hipotéticas se habrían formado a partir de nubes de hidrógeno y helio que atrajeron materia oscura localmente abundante a medida que se fusionaban. Aunque no se conoce la verdadera naturaleza de la materia oscura (su presencia se infiere en gran medida a través de su efecto en cómo se mueven las estrellas dentro de las galaxias), es posible que las partículas de materia oscura puedan interactuar entre sí, aniquilándose cuando colisionan y produciendo grandes cantidades de luz y calor. Ese calor mantendría la nube de hidrógeno y helio sin condensar en un núcleo denso y caliente como las estrellas que existen hoy en día.

Debido a que el calor de las aniquilaciones de materia oscura evitaría la condensación de la nube de gas, las estrellas oscuras podrían crecer hasta un tamaño gigantesco. Teóricamente, las estrellas oscuras podrían ser 10 veces más grandes que la órbita de la Tierra alrededor del Sol. También podrían ser millones de veces más masivas que el sol y brillar miles de millones de veces más, lo suficientemente brillantes como para ser detectadas por JWST.

Para ver si hay estrellas oscuras ocultas en los datos del observatorio en órbita, Freese y sus colegas examinaron imágenes de una encuesta de JWST sobre galaxias tempranas. En tales imágenes, JWST ha descubierto hasta ahora más de 700 objetos que pueden haberse originado en los primeros cientos de millones de años del universo. La luz de estos objetos remotos se estira, o se desplaza al rojo, a medida que el universo se expande. Entonces, Freese y sus colegas se centraron en cuatro objetos confirmados previamente como altamente desplazados al rojo, lo que los convierte en algunos de los objetos más antiguos vistos hasta la fecha.

Actualmente, se cree que esos objetos son pequeñas galaxias de la infancia relativa del universo. Pero debido a que están tan lejos, JWST no puede resolverlos lo suficientemente bien como para determinar si son realmente galaxias o estrellas grandes y ultrabrillantes, según dicen los investigadores.

El equipo realizó simulaciones por computadora de la cantidad de luz que una estrella oscura hipotética podría producir en varias longitudes de onda. Compararon esos espectros con la luz de las imágenes recopiladas por JWST en diferentes longitudes de onda para cada uno de los cuatro objetos. Freese y sus colegas informan que los datos de JWST de tres de esos objetos son consistentes con los patrones simulados de una estrella oscura.

Algunos científicos son escépticos. Los tipos conocidos de estrellas también podrían crear la luz observada de los tres candidatos, dice Sandro Tacchella, astrofísico de la Universidad de Cambridge. Y para identificar cualquiera de los objetos como una estrella oscura, se requeriría que los patrones simulados se ajusten bien a espectros más detallados, dice Brant Robertson, astrofísico teórico de la Universidad de California, Santa Cruz.

Sin embargo, si se encontraran estrellas oscuras, "eso sería revolucionario", dice el coautor del estudio, Cosmin Ilie, astrofísico de la Universidad de Colgate en Hamilton, Nueva York.

La detección de estrellas oscuras confirmaría la existencia de una partícula de materia oscura e insinuaría cómo funciona. "Simplemente tener la información de que [la materia oscura] es algo que podría aniquilar sería muy, muy poderoso", dice Tracy Slatyer, física teórica del MIT que no participó en el estudio. Ese conocimiento podría ayudar a los científicos a buscar materia oscura en otras partes del universo, agrega.

Las estrellas oscuras también podrían ayudar a explicar la formación de agujeros negros supermasivos. Una vez que la materia oscura dentro de la estrella se haya aniquilado, el hidrógeno y el helio restantes (millones de veces la masa del sol en un espacio relativamente compacto) colapsarían y formarían un agujero negro. Con el tiempo, esos agujeros negros podrían fusionarse en agujeros negros como los que se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, millones o miles de millones de veces más masivos que el sol.

Future experiments, like looking for brighter or dimmer light at certain wavelengths, could help confirm whether any of the three objects are dark stars. Freese also expects to find more dark star candidates in future JWST data, she says. But for now, whether dark stars truly exist remains a mystery.