El artista ve una estrella de neutrones oscura. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center Laboratorio de imágenes conceptuales
Las primeras estrellas del universo eran muy diferentes a las estrellas que vemos hoy. Estaban hechos enteramente de hidrógeno y helio, sin elementos más pesados que los ayudaran a generar energía en su núcleo. Como resultado, probablemente eran cientos de veces más masivos que el Sol. Pero algunas de las primeras estrellas pueden haber sido aún más extrañas. En el universo primitivo, la materia oscura pudo haber estado más concentrada de lo que está hoy y pudo haber alimentado extraños objetos estelares conocidos como estrellas oscuras.
Debido a que la materia oscura y la materia ordinaria actúan de manera similar bajo la influencia de la gravedad, los grupos de materia oscura en el universo primitivo pueden haber acumulado nubes de hidrógeno y helio a su alrededor. Como esta materia colapsó por su propio peso, la materia oscura en su núcleo podría generar energía. En algunos modelos de materia oscura, las partículas pueden aniquilarse, produciendo rayos gamma y neutrinos. Estas partículas de alta energía evitarían que la nube colapsara, al igual que la fusión nuclear sostiene a una estrella ordinaria.
Estas estrellas oscuras serían gigantescas, decenas de miles o incluso cientos de miles de veces el diámetro del Sol. Pero serían débiles y de bastante baja densidad. Si existieran, serían demasiado débiles y distantes para que los telescopios actuales los detecten. Pero el telescopio espacial romano Nancy Grace, anteriormente llamado WFIRST, puede ser lo suficientemente potente como para encontrarlos.
Está previsto que el telescopio romano se ponga en órbita en mayo de 2027. Será un telescopio infrarrojo con un amplio campo de visión, muy adecuado para estudiar los confines débiles y distantes del espacio. Según un artículo reciente publicado en el sitio arXiv servidor de preimpresión, Roman puede ser capaz de observar estrellas oscuras supermasivas con masas superiores a 100.000 soles. Pero las estrellas oscuras de esta escala probablemente no eran comunes. Una mejor estimación es que las estrellas oscuras tenían unas 10.000 masas solares. Con lentes gravitacionales, Roman puede ser capaz de ver una estrella oscura de esta masa, pero los autores proponen un método mejor combinando las observaciones de Roman con el Telescopio Espacial James Webb.
Su idea es identificar candidatos a estrellas oscuras con Roman, asumiendo que las observaciones fotométricas no podrán distinguir las estrellas oscuras de las pequeñas galaxias jóvenes. Una de las diferencias entre las galaxias y las estrellas oscuras es que estas últimas deberían exhibir una línea de emisión de helio conocida como λ1640 que Webb puede detectar. Roman es mejor para encontrar candidatos y Webb puede confirmarlos. Este es un ejemplo perfecto de cómo las fortalezas de diferentes telescopios pueden complementarse entre sí.
Si este enfoque tiene éxito en la próxima década, podría ayudar a los astrónomos a comprender otro misterio cosmológico, el misterio de los agujeros negros supermasivos. Todavía no entendemos cómo pudieron formarse tan rápidamente agujeros negros tan masivos en el universo primitivo, pero una idea es que podrían haber sido sembrados por estas estrellas oscuras. Cuando sus núcleos de materia oscura dejaron de generar energía, es posible que estas estrellas se hayan derrumbado lo suficientemente rápido como para formar un agujero negro masivo, que eventualmente podría convertirse en un agujero negro supermasivo.
Podríamos aprender mucho de la tenue luz de una estrella oscura.