Las tres misteriosas estrellas rojas que surgieron tras el Big Bang y no deberían existir

Uno de los descubrimientos sorprendentes del telescopio Webb es la reciente detección de una población temprana de galaxias rojas compactas con desplazamientos al rojo superiores a 7, cuando el Universo era 20 veces más joven de lo que es hoy. Las galaxias son más rojas de lo esperado debido a su corrimiento al rojo cosmológico, lo que indica que su mayor enrojecimiento se debe a un velo de polvo. Algunas de ellas contienen tanta masa en estrellas evolucionadas como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Sin embargo, tienen un radio cien veces menor, del orden de unos pocos cientos de años luz. Estas galaxias compactas manifiestan un aumento de un millón de veces en el número de estrellas por unidad de volumen en relación con la Vía Láctea. Si residiéramos en una galaxia así, la nube de Oort del sistema solar habría quedado reducida a un porcentaje de su tamaño actual por la marea gravitacional de las estrellas que pasan. Estos pequeños rubíes rojos en el cielo comúnmente se denominan ‘pequeños puntos rojos’.

Los europeos medievales usaban piedras preciosas de rubí para simbolizar salud, lealtad, prosperidad, sabiduría y éxito en el amor. Si fuera posible, habría enhebrado estos rubíes rojos del cielo en tres collares y se los habría dado a mi esposa y a mis dos hijas para que los usaran.

La masa de las estrellas necesaria para iluminar estas galaxias rojas requiere, en el contexto de la abundancia de galaxias que se espera de acuerdo con el modelo cosmológico estándar, que conviertan casi todo su gas en estrellas rápidamente durante los cientos de millones de años de que disponen después del Big Bang. Esta conversión total es poco probable, lo que sugiere que una fracción significativa de su luz proviene de un agujero negro supermasivo central.

La existencia de un agujero negro en los pequeños puntos rojos está respaldada por la detección espectroscópica de amplias líneas de emisión, que representan salidas de gas a una velocidad de hasta un uno por ciento de la velocidad de la luz, miles de kilómetros por segundo, como se esperaba si la salida se hubiera originado en las inmediaciones de un agujero negro. Sin embargo, hasta el momento no se han detectado rayos X procedentes de estas galaxias, como suele observarse en los quásares. La masa requerida del agujero negro supera las expectativas basadas en la correlación entre la masa de las estrellas y los agujeros negros del universo actual. ¿Cuál podría ser el posible origen de estas pequeñas galaxias rojas, que podrían estar preñadas con agujeros negros supermasivos en sus vientres?

El día que llegué a la Universidad de Harvard, hace treinta años, un brillante joven estudiante del departamento de Física llamado Daniel Eisenstein se presentó en mi oficina y me preguntó si lo aceptaría como estudiante de posgrado. Rápidamente acepté y definí un proyecto de investigación para que lo exploráramos los dos. Se trataba de una nueva idea que tenía sobre el origen de los quásares, los agujeros negros más masivos en los centros de las galaxias. En aquel entonces, en 1993, se observaron los primeros quásares en el Universo joven, con un tercio de su edad actual.

Mi idea de sembrar quásares en el Universo naciente surgió de entender que el tamaño de las galaxias está dictado por su giro. Cuanto más pequeño es el espín, más compacto es su disco final, donde el gas frío se mantiene contra la gravedad mediante la rotación. La cantidad de rotación se deriva de la marea que experimentan las galaxias cuando su materia gira debido a la expansión cósmica y comienza a colapsar en un sistema ligado gravitacionalmente. Dado que diferentes galaxias nacen en diferentes entornos, su nivel de giro sería diferente, lo que reflejaría variaciones en la marea externa. Estas variaciones dan como resultado una distribución de probabilidad de giros galácticos que Daniel y yo calculamos en un artículo de 1995. Demostramos que esta distribución de espín es casi independiente de la masa de la galaxia o del tiempo de formación. En un estudio de seguimiento, argumentamos que una galaxia de bajo espín de la cola de la distribución de espín albergaría naturalmente un disco compacto de gas con menos momento angular que una galaxia típica. El gas de este disco compacto se iría de manera más eficiente por el sumidero de un agujero negro central, sembrando un quásar. Además, debido a su pequeño tamaño, el disco gaseoso de una galaxia de bajo espín formaría estrellas más rápidamente. Por lo tanto, sugerimos que las galaxias de bajo giro podrían ser las progenitoras de los agujeros negros de los quásares.

Cuando mi brillante postdoctorado, Fabio Pacucci, me alertó sobre las misteriosas propiedades de los pequeños puntos rojos descubiertos por el telescopio Webb, inmediatamente recordé mis artículos con Daniel. Fabio y yo planeamos explorar más a fondo la conexión entre los pequeños puntos rojos y las galaxias de bajo giro en un artículo futuro.

La literatura científica es enorme y no espero que mis colegas recuerden un artículo escrito hace treinta años. Sigue siendo deber de aquellos de nosotros que tenemos una larga memoria científica conectar los puntos, hablando literalmente en este contexto de los ‘pequeños puntos rojos’. En el gran esquema académico, la mayoría de los artículos se olvidan. Pero el aspecto más gratificante de la búsqueda del conocimiento científico es que los datos de la naturaleza eventualmente nos llevan a la verdad, incluso si las ideas subyacentes fueron propuestas hace décadas y ahora están olvidadas.

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