Una de las grandes preguntas de la cosmología es cuándo aparecieron por primera vez los agujeros negros en el universo primitivo. Los astrónomos han descubierto recientemente el agujero negro supermasivo más distante (y por lo tanto más antiguo) jamás creado. Parece que así era cuando el universo tenía sólo 470 millones de años.
Este monstruoso agujero negro es extremadamente brillante en rayos X, lo que lo convierte en un gran objetivo para el Observatorio de rayos X Chandra. También son lo suficientemente brillantes en luz infrarroja como para que el Telescopio Espacial James Webb pueda verlos. «Necesitábamos a Webb para encontrar esta galaxia notablemente distante y a Chandra para encontrar su agujero negro supermasivo», dijo Akos Bogdan del Centro de Astrofísica de Harvard. Bogdan y su equipo acaban de publicar un artículo sobre las observaciones. «También aprovechamos una lupa cósmica que mejoró la cantidad de luz que detectamos». Básicamente, los astrónomos obtuvieron sus datos a través de lentes gravitacionales y luego combinaron datos de ambos telescopios en órbita para crear una visión única del agujero negro.
El agujero negro es el corazón de un cuásar, una galaxia activa llamada UHZ1. Su luz se amplifica al pasar a través del cercano cúmulo de galaxias Abell 2744. Esta luz abandonó el cuásar cuando el universo tenía sólo el 3% de su edad actual. Webb lo descubrió gracias a débiles señales infrarrojas de la actividad que rodea al agujero negro. Chandra lo observó durante dos semanas y encontró una enorme cantidad de emisiones de rayos X del gas supercaliente de la galaxia. Esto les indica que el agujero negro está devorando rápidamente el material que lo rodea.
Cuásares con agujeros negros en el universo naciente
Los cuásares en el universo temprano nos dicen mucho sobre las condiciones en el período posterior al Big Bang. En particular, abre una ventana a la formación de agujeros negros. No está del todo claro cómo algunos agujeros negros supermasivos se volvieron tan masivos tan rápidamente después del Big Bang. Primero, debes entender cómo se formó. ¿Nacieron del colapso de enormes nubes de gas para formar agujeros negros con una masa de hasta 100.000 masas solares? ¿O fueron la causa las explosiones de las primeras estrellas masivas? De ser así, estos agujeros negros tendrían una masa de sólo 10 a 100 masas solares. Comprender el escenario de formación ayuda a los astrónomos a comprender las condiciones en ese momento.
«Existen límites físicos a la rapidez con la que los agujeros negros pueden crecer una vez que se forman, pero aquellos que nacen más masivos tienen una ventaja. Es como plantar un retoño, que tarda menos en crecer hasta convertirse en un árbol completo», dijo Andy Golding, coautor del artículo de la Universidad de Princeton: «El tamaño es mayor que si se empezara con sólo una semilla».
Buen escenario de formación.
Para este agujero negro en particular, el primer escenario parece explicar cómo se formó. Por su masa, que oscila entre 10 y 100 millones de masas solares, se puede decir que fue creado por la caída de una enorme nube de gas. El brillo y la intensidad de los rayos X detectados por Chandra cuentan la historia. La masa del agujero negro es aproximadamente igual a la masa de todas las estrellas de su galaxia anfitriona. Los autores del artículo se refieren a esto como un «agujero negro supermasivo».
«Creemos que esta es la primera detección de un ‘agujero negro supermasivo’ y la mejor evidencia obtenida hasta la fecha de que algunos agujeros negros se forman a partir de nubes masivas de gas», dijo Byamvada Natarajan de la Universidad de Yale, cuyo trabajo de 2017 predijo tal objeto. «Por primera vez, somos testigos de una breve fase en la que el agujero negro supermasivo pesa tanto como las estrellas de su galaxia antes de retroceder».
Los agujeros negros en los primeros tiempos
Los autores de este descubrimiento sugieren en su artículo que los quásares con agujeros negros supermasivos como el de UHZ1 existieron 700 millones de años antes del Big Bang. Existieron, pero sus orígenes siguen siendo algo misteriosos. La búsqueda de las «semillas» de estos objetos requiere observar muchas de estas galaxias a través de distancias enormes. Cuando su luz llega hasta nosotros, se ha desplazado hacia el rojo significativamente. Por esta razón, Webb debe descubrir muchas más galaxias de este tipo. Una vez hecho esto, conocer las emisiones de rayos X ayuda a contar el resto de la historia.
Por supuesto, los autores tuvieron que distinguir entre regiones de formación estelar activa y regiones de formación de agujeros negros en estas galaxias distantes. También tuvieron que asegurarse de que no viniera de ninguna región invasiva dentro del grupo Abell 2744 superpuesto. Lo que queda después de todo este análisis es la conclusión de que estos primeros agujeros negros masivos nacieron cuando «semillas» masivas (nubes de gas) se reunieron en un período de tiempo muy corto después del Big Bang.
A medida que el Telescopio Espacial James Webb encuentre más galaxias tempranas en el universo naciente, seguramente aparecerán más de estos “agujeros negros masivos”. Su presencia y las condiciones circundantes deberían ayudar a solidificar la teoría detrás de las «semillas» de agujeros negros en las primeras nubes de gas.
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