Detectado un agujero negro enorme en el universo más temprano

Astrónomos liderados por Cambridge han detectado el telescopio espacial James Webb un agujero negro supermasivo en el universo temprano, apenas 800 millones de años después del Big Bang.

Tal y como se recoge en 'Nature' el agujero negro es enorme (400 millones de veces la masa de nuestro Sol), lo que lo convierte en uno de los agujeros negros más masivos descubiertos por el Webb en este punto del desarrollo del universo. El agujero negro es tan enorme que representa aproximadamente el 40% de la masa total de su galaxia anfitriona: en comparación, la mayoría de los agujeros negros en el universo local tienen aproximadamente el 0,1% de la masa de su galaxia anfitriona.

Sin embargo, a pesar de su gigantesco tamaño, este agujero negro está consumiendo, o acumulando, el gas que necesita para crecer a un ritmo muy lento (unas 100 veces por debajo de su límite máximo teórico), lo que lo vuelve esencialmente inactivo.

Un agujero negro tan masivo en una etapa tan temprana del universo, pero que no está creciendo, desafía los modelos existentes sobre cómo se desarrollan los agujeros negros. Sin embargo, los investigadores dicen que el escenario más probable es que los agujeros negros pasen por períodos cortos de crecimiento ultrarrápido, seguidos de largos períodos de inactividad.

Cuando los agujeros negros están "dormidos", son mucho menos luminosos, lo que hace que sea más difícil detectarlos, incluso con telescopios de alta sensibilidad como el Webb. Los agujeros negros no se pueden observar directamente, sino que se detectan por el resplandor revelador de un disco de acreción giratorio, que se forma cerca de los bordes del agujero negro. El gas en el disco de acreción se calienta muchísimo y comienza a brillar y a irradiar energía en el rango ultravioleta.

"Aunque este agujero negro está inactivo, su enorme tamaño nos permitió detectarlo", detalla el autor principal Ignas Juodzbalis del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. "Su estado inactivo también nos permitió aprender sobre la masa de la galaxia anfitriona. El universo primitivo logró producir algunos monstruos absolutos, incluso en galaxias relativamente pequeñas".

Según los modelos estándar, los agujeros negros se forman a partir de los restos colapsados ??de estrellas muertas y acumulan materia hasta un límite previsto, conocido como límite de Eddington, donde la presión de la radiación sobre la materia supera la atracción gravitatoria del agujero negro. Sin embargo, el gran tamaño de este agujero negro sugiere que los modelos estándar pueden no explicar adecuadamente cómo se forman y crecen estos monstruos.

"Es posible que los agujeros negros hayan nacido grandes, lo que podría explicar por qué Webb detectó agujeros negros enormes en el universo primitivo", argumenta el coautor, el profesor Roberto Maiolino, del Instituto Kavli y el Laboratorio Cavendish de Cambridge. "Pero otra posibilidad es que pasen por períodos de hiperactividad, seguidos de largos períodos de inactividad".

En colaboración con colegas de Italia, los investigadores de Cambridge realizaron una serie de simulaciones por ordenador para modelar cómo este agujero negro inactivo pudo haber crecido hasta alcanzar un tamaño tan masivo en una etapa tan temprana del universo. Descubrieron que el escenario más probable es que los agujeros negros puedan superar el límite de Eddington durante períodos cortos, durante los cuales crecen muy rápidamente, seguidos de largos períodos de inactividad: los investigadores afirman que los agujeros negros como este probablemente coman durante cinco a diez millones de años y duerman durante unos 100 millones de años.

"Parece contradictorio explicar un agujero negro inactivo con períodos de hiperactividad, pero estos breves estallidos le permiten crecer rápidamente mientras pasa la mayor parte del tiempo durmiendo", puntualiza Maiolino.

Como los períodos de latencia son mucho más largos que los de crecimiento ultrarrápido, es en estos períodos cuando los astrónomos tienen más probabilidades de detectar agujeros negros. "Este fue el primer resultado que obtuve como parte de mi doctorado, y me llevó un tiempo apreciar lo extraordinario que era", agrega Juodzbalis. "No fue hasta que comencé a hablar con mis colegas del lado teórico de la astronomía que pude ver la verdadera importancia de este agujero negro".

Debido a su baja luminosidad, los agujeros negros inactivos son más difíciles de detectar para los astrónomos, pero los investigadores dicen que este agujero negro es casi con certeza la punta de un iceberg mucho más grande, si los agujeros negros en el universo temprano pasan la mayor parte de su tiempo en un estado inactivo.

"Es probable que la gran mayoría de los agujeros negros se encuentren en este estado latente. Me sorprende que hayamos encontrado este, pero me emociona pensar que hay muchos más que podríamos encontrar", finaliza Maiolino.