Si estos astros no son realmente oscuros, su nombre refleja una fuente de energÃa cuando menos singular. A diferencia de las estrellas clásicas que obtienen su luminosidad de la fusión nuclear, serÃan alimentadas por la aniquilación de partÃculas de materia oscura (un proceso que se explica más adelante). Esta particularidad las hace más frÃas en superficie pero extremadamente brillantes debido a su tamaño inmenso, lo que las distingue de los astros ordinarios observados hasta ahora.
La materia oscura, que constituye aproximadamente el 27% del cosmos, sigue siendo escurridiza porque no emite luz visible. Los cientÃficos piensan que está compuesta de partÃculas eléctricamente neutras, que se aniquilan al chocar, liberando asà energÃa. Este mecanismo podrÃa calentar los gases de hidrógeno y helio primordiales, impidiendo su colapso rápido y retrasando la formación estelar clásica, conduciendo a la creación de estrellas oscuras.
Volvamos a los primeros tiempos del Universo: las nubes de gas primitivas se colapsaron bajo el efecto de la gravedad. Normalmente, esto desencadena la fusión nuclear, pero con una alta densidad de materia oscura, la aniquilación produce un calor suficiente para mantener estos objetos en equilibrio. Las estrellas oscuras podrÃan asà vivir mucho más tiempo que las estrellas estándar, atrayendo continuamente materia oscura para permanecer luminosas.
Tres objetos vistos por el JWST en diciembre de 2022 e identificados como galaxias podrÃan en realidad ser inmensas estrellas alimentadas por materia oscura.
Crédito: NASA/ ESA
Para identificar estos objetos, los astrónomos buscan signos especÃficos. Deben ser muy antiguos, con un fuerte corrimiento al rojo en su luz (ver la explicación al final del artÃculo), lo que indica que se formaron poco después del Big Bang. Sus tamaños son colosales, alcanzando decenas de unidades astronómicas (una unidad astronómica representa la distancia entre la Tierra y el Sol), y contienen pocos elementos pesados como el oxÃgeno. Los datos de James Webb han revelado candidatos que se ajustan a estos criterios.
Al final de su vida, las estrellas oscuras masivas podrÃan colapsar directamente en agujeros negros supermasivos. Esto ofrecerÃa una pista para entender la formación rápida de tales agujeros negros en el Universo joven, como el observado en la galaxia UHZ-1. Sin embargo, esta idea no es unánime, ya que algunos investigadores estiman que estos objetos podrÃan ser galaxias inusuales, necesitándose más estudios para confirmar su naturaleza.
La aniquilación de la materia oscura
La aniquilación de la materia oscura es un proceso teórico donde partÃculas de esta sustancia entran en colisión y se destruyen mutuamente, liberando energÃa. Los modelos indican que estas partÃculas son sus propias antipartÃculas, lo que significa que tienen propiedades opuestas pero la misma masa. Cuando se encuentran, se aniquilan produciendo fotones u otras partÃculas, convirtiendo su masa en energÃa según la famosa ecuación E=mc² de Einstein.
En el caso de las estrellas oscuras, esta aniquilación ocurre a un ritmo elevado si la densidad de materia oscura es suficiente. La energÃa liberada calienta los gases circundantes, como el hidrógeno y el helio, creando una presión que contrarresta el colapso gravitacional. Este mecanismo permite que estos objetos brillen sin recurrir a la fusión nuclear, ofreciendo una alternativa a los procesos estelares clásicos.
La aniquilación influye también en la formación de las estructuras en el Universo, afectando la distribución del calor y la materia. Si se confirma, podrÃa explicar por qué ciertas regiones del espacio presentan anomalÃas luminosas o térmicas, abriendo el camino a nuevas teorÃas en astrofÃsica.
El corrimiento hacia el rojo y el Universo antiguo
El corrimiento hacia el rojo es un efecto observado cuando la luz de objetos lejanos se estira hacia longitudes de onda más grandes, indicando que el Universo se está expandiendo. Para los astrónomos, sirve como herramienta para medir las distancias y la edad de los objetos celestes. Cuanto mayor es el corrimiento, más antiguo y lejano es el objeto, ya que su luz ha viajado más tiempo a través del espacio en expansión.
Respecto a las estrellas oscuras, este corrimiento ayuda a identificar candidatos potenciales, ya que se supone que estos objetos se formaron poco después del Big Bang. El telescopio James Webb utiliza sensores infrarrojos para detectar esta luz desplazada, revelando estructuras que de otro modo serÃan invisibles. Esto permite estudiar las primeras generaciones de estrellas y galaxias, ofreciendo una visión del Universo primordial.
Los datos de corrimiento al rojo se combinan con otras medidas, como la luminosidad y la composición quÃmica, para distinguir las estrellas oscuras de las galaxias normales. Por ejemplo, las estrellas oscuras deberÃan mostrar pocos elementos pesados, ya que se forman a partir de materiales primitivos. Este enfoque multiespectral es esencial para validar las hipótesis sobre estos objetos enigmáticos.
Entender el corrimiento hacia el rojo permite también estudiar la expansión acelerada del Universo, vinculada a la energÃa oscura. Al cartografiar estos efectos, los investigadores pueden reconstruir la historia cósmica y predecir la evolución futura.