Profundizando en las galaxias más polvorientas del universo

Algunas de las galaxias más enigmáticas descubiertas por el telescopio espacial James Webb (JWST) son las conocidas coloquialmente como “puntitos rojos”. Un nuevo estudio sobre estas llamativas galaxias desvela algunos de sus misterios.

El estudio lo ha llevado a cabo un equipo internacional de astrofísicos liderado por el Centro de Astrobiología (CAB), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), en España todas estas instituciones.

Con nuevos datos tomados con el instrumento de infrarrojo medio (MIRI, por sus siglas en inglés) en el Webb, el equipo descubrió que los puntitos rojos son las fábricas más eficientes de polvo en el universo temprano. El polvo creado es bastante diferente al que vemos en las galaxias cercanas y tiene una temperatura bastante alta, lo que apunta a una fuente de calentamiento muy energética como pueden ser estrellas muy jóvenes y masivas o agujeros negros supermasivos.

“Hay tres características que hacen de los puntitos rojos un tipo de galaxia muy llamativo”, explica Pablo G. Pérez-González, investigador del Centro de Astrobiología (CAB) y primer autor del estudio. “Los puntitos rojos son muy numerosos en el universo muy joven, cuando solo tenía el 5% de su edad actual, y son muy rojos, pero también bastante azules, dependiendo del rango espectral al que se mire. Esto resulta paradójico, y de hecho no es común, pues no conocíamos objetos como estos antes de que el JWST los descubriera”.

Guillermo Barro, coautor del estudio y profesor de la Universidad del Pacífico (California, Estados Unidos), explica que “las galaxias pueden presentar colores rojos si albergan estrellas evolucionadas o grandes cantidades de polvo, que absorbe preferentemente la luz azul, como vemos en algunos atardeceres cuando el aire está lleno de polvo o smog”. Sin embargo, existen puntitos rojos en el universo muy joven, por lo que no había transcurrido tiempo suficiente para que existieran muchas estrellas viejas que dominasen su brillo. “Por tanto, los puntitos rojos deben contener grandes cantidades de polvo”.

Imagen de un “puntito rojo”. (Foto: CAB / CSIC / INTA)

George Rieke, catedrático de la Universidad de Arizona (Estados Unidos), es uno de los dos investigadores principales del instrumento MIRI a bordo del JWST, que fue construido exactamente para estudiar el polvo formado desde los albores del universo hasta nuestros días. Rieke describe cómo comenzó la construcción de este instrumento: “MIRI fue un esfuerzo conjunto de las dos agencias espaciales más grandes del mundo, la NASA y la ESA, con una coinvestigadora principal en Europa, la profesora Gillian Wright, y otro líder en Estados Unidos». El profesor Rieke lo explica: “Como parte del tiempo de observación que se me concedió por ese liderazgo, llevamos a cabo un estudio de galaxias con MIRI llamado Smiles, que es único por utilizar todas las bandas MIRI y también por estar coordinado con otro estudio llevado a cabo por la cámara de infrarrojo cercano JWST. Esto ha dado lugar a un conjunto de datos único para estudiar estos pequeños y enigmáticos puntos rojos”.

Los resultados presentados se basan en los datos MIRI de la exploración cosmológica Smiles, pero también en los datos tomados por el programa de observación más grande llevado a cabo por JWST, el proyecto conocido como JADES. “JADES ha utilizado otros dos instrumentos, NIRCam y NIRSpec, construidos por la NASA y la ESA, respectivamente, para obtener el conjunto de datos más completo sobre el cielo y la imagen más completa de la evolución de las galaxias”, menciona la investigadora principal de JADES, Marcia Rieke, que recientemente recibió el Premio Gruber de Cosmología 2024 en “reconocimiento a su trabajo pionero en astronomía infrarroja, especialmente por su supervisión de los instrumentos que permiten a los astrónomos explorar las primeras galaxias del universo”.

El nuevo estudio presenta principalmente dos resultados sobre la naturaleza de los puntitos rojos. En primer lugar, MIRI ha demostrado que los puntitos rojos contienen grandes cantidades de polvo en forma de pequeños granos que contienen carbono. Este polvo está bastante caliente, no es como el polvo al que estamos acostumbrados a ver en las galaxias cercanas, que tiene temperaturas en torno a los 250 grados centígrados bajo cero. “Las partículas de polvo en los puntitos rojos presentan temperaturas al menos tan altas como las de nuestros hornos, y pueden alcanzar las temperaturas de la lava de un volcán, solo un poco menores de lo que se necesita para destruir esos granos de polvo”, explica Pérez-González.

El segundo resultado principal habla de cómo se calienta ese polvo a esas temperaturas. Jianwei Lyu, profesor en la Universidad de Arizona, explica que “estas grandes temperaturas se pueden alcanzar si el polvo se calienta por la enorme cantidad de energía que los agujeros negros supermasivos inyectan en su entorno, a medida que acumulan material en su entorno y se convierten en lo que se conoce como núcleo galáctico activo (AGN)”.

“Pero las propiedades de los puntitos rojos no coinciden con las de los AGNs típicos que conocíamos antes del JWST”, menciona Barro. “Y lo que sabemos del polvo es que es producido por estrellas”, añade el profesor Pérez-González. Esto constituye el segundo resultado principal del estudio: para algunos puntitos rojos, el origen del polvo y la fuente de calentamiento, en vez de estar en un AGN, está en la presencia de una gran cantidad de estrellas muy jóvenes, que son azules, lo que explica ese color azul en el espectro de los puntitos rojos.

Estas estrellas son cientos de veces más masivas que nuestro Sol y tienen vidas muy cortas, apenas unos pocos millones de años en vez de los 4.500 millones de años que lleva vividos nuestro Sol y los 4.500 millones de años que aún vivirá. Estas estrellas recién formadas pueden producir enormes cantidades de polvo”, explica Pérez-González.

La conclusión general es que probablemente estemos presenciando el primer gran evento de formación estelar de algunas de las galaxias más jóvenes conocidas. Estos eventos son tan intensos que producen estallidos de formación estelar, y resultan ser extremadamente eficientes en los puntitos rojos para producir elementos químicos como oxígeno y carbono, así como partículas de polvo. “Ahora sabemos que el polvo se produjo en grandes cantidades en el universo temprano, y finalmente se fusionará para formar planetas, y probablemente vida en ellos”, concluye Pérez-González.

El estudio se titula “What is the nature of Little Red Dots and what is not, MIRI SMILES edition”. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal. (Fuente: CAB / CSIC / INTA)