Descubrimiento de agujero negro supermasivo rojo en el universo primitivo

Un grupo de investigadores liderados por Israel ha descubierto un agujero negro supermasivo y cuásar inusualmente grande y extremadamente rojo en el centro de una galaxia lejana en el universo temprano, según un estudio reciente.

Los investigadores, dirigidos por el Dr. Lukas Furtak y el Prof. Adi Zitrin de la Universidad Ben-Gurión del Néguev, pudieron hacer este descubrimiento gracias al Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, así como a una técnica conocida como lente gravitacional.

Los hallazgos de este estudio fueron publicados en la revista académica revisada por pares Nature y contribuyen al creciente número de estudios potenciados por el JWST sobre la formación de galaxias en los primeros días del universo.

En las sombras del universo temprano, un agujero negro supermasivo rojo creció con una galaxia a su alrededor

A pesar de la ominosa reputación de los agujeros negros, bien merecida ya que consumen todo lo que tiene la desdicha de acercarse, los agujeros negros supermasivos desempeñan un papel muy importante en el universo. Esto se debe a que la mayoría de las galaxias, incluyendo la nuestra, la Vía Láctea, tienen uno de estos agujeros negros en su centro.

Estos agujeros negros supermasivos están rodeados por enormes colecciones de minerales y gases llamados discos de acreción, los cuales va atrayendo lentamente hacia sí mismos y consume.

Las galaxias con discos de acreción particularmente grandes, por consiguiente, tienen agujeros negros supermasivos muy activos en el centro y se les conoce como núcleos galácticos activos (AGN por sus siglas en inglés). Los AGN especialmente brillantes son conocidos como cuásares, y son algunos de los objetos más luminosos del universo. De hecho, son tan brillantes que a menudo se les confunde con estrellas.

Los investigadores detrás de este último estudio pudieron utilizar imágenes del JWST para encontrar uno de estos cuásares.

Originalmente, las imágenes en cuestión fueron tomadas por el JWST para el programa UNCOVER y mostraban un cúmulo de galaxias conocido como Abell 2744.

Pero gracias al cúmulo de galaxias, los investigadores pudieron ver luz de las galaxias que estaban detrás de él.

Esto fue debido al fenómeno de lente gravitacional, un fenómeno natural en el que la gravedad de un cuerpo masivo, como una galaxia o un cúmulo de galaxias, dobla la luz que emite un objeto distante. Esto permite que la gravedad del objeto masivo actúe como una lente, y a través de este método, la luz del objeto distante se intensifica y su forma se agranda.

Básicamente, si en la Tierra queremos ver la Galaxia A, pero la Galaxia B está en medio, entonces la gran masa y gravedad de la Galaxia B podrían ayudar doblando la luz de la Galaxia A para que pudiéramos verla mejor.

En este caso, detrás de Abell 2744 había tres puntos rojos, que se dieron cuenta de que era un cuásar o algo similar.

"Utilizamos un modelo numérico de lente que habíamos construido para el cúmulo de galaxias para determinar que los tres puntos rojos tenían que ser múltiples imágenes de la misma fuente de fondo, vistas cuando el Universo tenía solo unos 700 millones de años", dijo Zitrin en un comunicado.

El color "rojo" tiene que ver con el corrimiento al rojo, una medida de velocidad que se puede utilizar para estimar la distancia. Básicamente, la longitud de onda de la luz se estira, y esto hace que la luz parezca más roja.

Cuando sucede lo contrario, la luz parecerá más azulada, un fenómeno conocido como corrimiento al azul.

Esto es muy similar al efecto Doppler, el fenómeno por el cual un sonido cambia dependiendo de la dirección.

Todo esto ya se conocía el año pasado en un estudio publicado en el Astrophysical Journal. Pero lo nuevo aquí son los datos del telescopio espacial James Webb (JWST) sobre el agujero negro al analizar el espectro de luz. Y lo que los investigadores encontraron fue muy sorprendente.

Para hacer la historia corta, el agujero negro supermasivo es, bueno, supermasivo, excesivamente en comparación con la masa de la galaxia que lo rodea.

"Toda la luz de esa galaxia debe encajar dentro de una región diminuta del tamaño de un cúmulo estelar actual. La magnificación de la lente gravitacional de la fuente nos dio límites exquisitos sobre el tamaño. Incluso agrupando todas las estrellas posibles en una región tan pequeña, el agujero negro termina siendo al menos el 1% de la masa total del sistema", como explicó la profesora Jenny Greene, de la Universidad de Princeton, una de las autoras principales del estudio.

Ella continuó explicando que esto no es completamente único, ya que se ha demostrado que muchos otros agujeros negros supermasivos en el universo primitivo hicieron algo similar.

Pero esto plantea una gran pregunta: ¿De dónde vinieron?

Los agujeros negros se forman cuando las estrellas se vuelven supernovas y mueren. Se cree que los agujeros negros supermasivos también crecen a partir de los restos de estrellas. Pero este ciclo toma mucho tiempo, y no habría transcurrido suficiente tiempo en la existencia del universo para que suficientes estrellas murieran y formaran agujeros negros supermasivos y, posteriormente, formaran galaxias tan masivas.

Es por eso que algunos investigadores han sugerido que los agujeros negros en realidad existían desde el amanecer de los tiempos, quizás formándose en los primeros días del universo junto con las estrellas.

"De cierta manera, es el equivalente astrofísico del problema del huevo y la gallina", dijo Zitrin. "Actualmente no sabemos qué vino primero: la galaxia o el agujero negro, cuán masivos fueron los primeros agujeros negros y cómo crecieron."