Es bien sabido que el Sol no es el único tipo de estrella en el Cosmos. Tenemos evidencia de estrellas gigantes rojas, estrellas de neutrones y enanas rojas o blancas, entre otras. Hace casi 20 años los astrónomos sumaron otro objeto celeste a la lista: la estrella oscura. Un tipo de estrella que debería estar formado por materia oscura, un tipo de materia sumamente difícil de detectar debido a que es prácticamente invisible a nuestros ojos.
Nuevas observaciones con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) sugieren que las enanas oscuras no solo son existen en el pizarrón de los científicos, sino que son un objeto celeste real, y cuyo hogar podríamos haber descubierto al fin. Las implicaciones de estos hallazgos podrían reformular nuestra visión del Universo.
La materia oscura es uno de los mayores enigmas de la astronomía moderna. A pesar de que sabemos de su existencia, y de que compone el 85% de la materia en el Universo, sus propiedades hacen que localizarla sea sumamente difícil. Desde que se confirmó, y dado a lo confusa que era, muchos creían que sería la respuesta a todos los conflictos matemáticos que existían al momento de entender el Cosmos. Poco a poco sus secretos han sido develados.
Ahora, con el JWST cruzando el espacio, los astrónomos tienen una potente herramienta para estudiar la composición del Universo. Tal es el caso de Katherine Freese, cosmóloga especializada en materia oscura quien en 2007 propuso la existencia de un nuevo tipo de estrella que estaría formada parcialmente de materia oscura. De acuerdo con lo que ella propuso, las estrellas oscuras están formadas de manera similar al resto, hidrógeno y helio, pero además tienen una importante concentración de materia oscura.
Otra de las diferencias sería que, mientras las estrellas convencionales fusionan sus elementos para producir calor y luz, las estrellas oscuras “aniquilan” su propia materia oscura para producir calor, pero no luz. Serían, explica Freese, las primeras estrellas en formarse dentro de una galaxia, las cuales aumentan su masa progresivamente hasta que con el tiempo logran generar luz. Cabe aclarar que dentro de las estrellas oscuras que describe Freese las hay tanto masivas, enanas y de tamaño convencional.
Estrellas consumidas por el lado oscuro
Ahora, un equipo anglo-americano de astrónomos de la Universidad de Londres, la Universidad de Hawái y la Universidad de Durham cree haber localizado enanas oscuras en un inesperado sitio: dentro de enanas marrones.
Antes de avanzar, habrá que explicar que las enanas marrones son un tipo de estrella de tamaño y masa muy reducidos, que debido a ello no logran iniciar una fusión nuclear de hidrógeno, lo cual las vuelve opacas, por lo que también se les llama estrellas fallidas. Tienen un brillo tenue derivado del calor residual tras una fusión de deuterio. Las más pequeñas suelen tener al menos 13 veces la masa e Júpiter.
Estas estrellas fallidas funcionan como una trampa para la materia oscura, al atraerla hacia su núcleo. Dentro, se genera una presión que obliga a la materia oscura a realizar el proceso de “aniquilación” que Katherine Freese predijo, causando que irradien calor, pero a la vez atraigan a más materia oscura al mismo destino. Poco a poco, la enana marrón se convierte en enana oscura.
“La materia oscura interactúa gravitacionalmente, por lo que podría ser capturada por estrellas y acumularse en su interior, si eso pasa, la materia oscura podría interactuar consigo misma y causar “aniquilación”, liberando energía que calienta a la estrella”
-Jeremy Sakstein, astrofísico de la Universidad de Hawái
Las enanas marrones se encuentran de manera abundante en el centro de las galaxias, y es ahí en donde el JWST las rastrea. Además, en esa misma zona es en donde la materia oscura se concentra, debido al fuerte campo gravitacional que el núcleo de una galaxia tiene.
Otro aspecto esencial para localizar enanas oscuras es que, solo un tipo de materia oscura tiene la capacidad de acumularse en el centro de una estrella. Se le conoce como WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), una partícula de materia oscura de interacción tan baja que prácticamente esquiva el resto de la materia convencional hasta chocar consigo misma al encontrarse dentro del objeto gravitacional que las unió.
Para diferenciar una enana marrón de una enana oscura, los astrónomos buscan un elemento específico: el isotopo lithium-7. Este isotopo se produce en la mayoría de las estrellas, pero se consume con mucha facilidad, por lo que una enana marrón tendría una mínima concentración, mientras que una enana oscura mostrará una mayor presencia del isotopo.
Con estas observaciones, ya sabemos que las enanas oscuras tendrían que estar hechas de WIMPs, localizarse en el centro de las galaxias, surgir dentro de enanas marrones y acumular isotopos de lithium-7. El Telescopio Espacial James Webb tiene capacidad para realizar todas estas mediciones, por lo que ya se estudian candidatos para confirmarlos como enanas oscuras.
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