Detectan absorción de agua en dos 'puntos rojos pequeños', confirmando atmósferas frías en agujeros negros del universo temprano

Un equipo internacional de astrónomos ha identificado por primera vez la presencia de absorción molecular de agua en dos 'puntos rojos pequeños' (LRDs, por sus siglas en inglés), objetos compactos de alto corrimiento al rojo descubiertos por el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Este hallazgo proporciona evidencia crucial sobre la naturaleza de estos enigmáticos objetos cósmicos.

Los LRDs son una población abundante de fuentes compactas con continuos ópticos rojizos en reposo, cuyo origen ha sido objeto de debate científico. Según el estudio, la detección de absorción de agua confirma que al menos algunos de estos objetos poseen atmósferas frías con temperaturas por debajo de los 3.000 grados Kelvin, lo que respalda la teoría de que su color rojizo es intrínseco y no producto del enrojecimiento por polvo.

"La característica coincide con la forma y longitud de onda de la banda de absorción de agua vista en estrellas frías", señalan los investigadores en el artículo. "Los modelos atmosféricos requieren temperaturas por debajo de 3.000 K para reproducirla, confirmando inequívocamente la presencia de un componente de gas denso y frío que contribuye al continuo emergente".

Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para la comprensión de los agujeros negros supermasivos en el universo temprano. Al confirmar que algunos LRDs emiten radiación térmica intrínsecamente roja, los científicos concluyen que sus luminosidades bolométricas y masas de agujeros negros son al menos un orden de magnitud menores de lo que se pensaba anteriormente.

"La detección de absorción de agua proporciona evidencia directa de que al menos algunos de los LRDs más rojos están alimentados por emisión térmica intrínsecamente roja en lugar de continuos calientes enrojecidos por polvo", explican los autores. Esta conclusión contradice la interpretación de los LRDs como núcleos galácticos activos polvorientos.

Los investigadores analizaron una muestra de cuatro LRDs con espectros de alta relación señal-ruido obtenidos con el JWST, encontrando la característica de absorción de agua en dos de ellos: WIDE-EGS-2974 y UNCOVER-A2744-20698. Estos objetos se encuentran entre los más fríos de una amplia muestra de LRDs.

El estudio sugiere que estos objetos poseen una estructura térmica más compleja de lo que se pensaba inicialmente. En lugar de una única temperatura, los modelos que mejor se ajustan a las observaciones indican un rango de temperaturas (2.000-4.000 K), lo que podría indicar estructuras de temperatura y densidad más complejas en la fuente emisora térmica.

Este hallazgo establece la espectroscopía molecular como una nueva herramienta para estudiar los LRDs, accesible con JWST/NIRSpec a corrimientos al rojo z<3 y potencialmente extensible a corrimientos al rojo más altos con observaciones profundas de JWST/MIRI.

"Las mediciones sistemáticas de características moleculares en toda la población de LRDs probarán si la emisión térmica fría es una propiedad genérica y determinarán cuánto varían la temperatura, densidad, metalicidad y geometría entre estas fuentes, restringiendo las condiciones físicas básicas del rápido crecimiento de agujeros negros en el universo temprano", concluyen los investigadores.

Este descubrimiento se suma a la creciente evidencia de que el universo temprano albergaba una diversidad de objetos cósmicos más amplia de lo que se pensaba anteriormente. Como señala un artículo complementario en Science Focus, los astrónomos están replanteando sus teorías sobre las primeras estrellas del universo, que podrían haber sido más pequeñas y diversas de lo que se creía inicialmente.

"Parece que al menos algunas de las primeras estrellas tenían solo unas pocas veces la masa del Sol. Las estrellas de ese tamaño viven miles de millones de años, no millones, lo que significa que podría haber algunas todavía hoy", explica el artículo de Science Focus.

La búsqueda de las primeras estrellas y objetos del universo continúa siendo uno de los mayores desafíos de la astronomía moderna, pero descubrimientos como la absorción de agua en los LRDs proporcionan pistas valiosas sobre las condiciones físicas que prevalecían en el universo temprano y los mecanismos de formación de los agujeros negros supermasivos.