¿Más cerca de develar el misterio? cuál es el origen de los agujeros negros supermasivos

¿Cuál es el origen de los agujeros negros supermasivos? Esa pregunta desvela a los astrónomos, a quienes les cuesta creer cómo pueden existir estos objetos titánicos en el espacio.

Es que los agujeros negros supermasivos (SMBH, por sus siglas en inglés), son objetos excepcionalmente grandes (más de un millón de veces la masa del Sol) se encuentran comúnmente en el universo. Sin embargo, sus orígenes, así como los detalles de cuándo, dónde y cómo surgieron a lo largo de 13.800 millones de años de evolución cósmica, siguen siendo ambiguos.

Las investigaciones que abarcan las últimas décadas indican que un SMBH reside en el núcleo de cada galaxia, y su masa es casi siempre aproximadamente una milésima parte de la de su galaxia anfitriona.

Esta estrecha relación implica que las galaxias y los SMBH han co-evolucionado. Por lo tanto, revelar el origen de los SMBH es crucial no sólo para comprenderlos en sí mismos sino también para dilucidar los procesos de formación de las galaxias, los principales constituyentes del universo visible.

Para estudiar esto, es necesario adentrarse en el universo primitivo, según precisan las teorías actuales. Allí, donde el tiempo transcurrido desde el Big Bang (es decir, el comienzo del universo) fue de menos de 1.000 millones de años. Hoy, gracias a la velocidad finita de la luz, podemos mirar hacia el pasado observando el universo distante.

Pero debemos preguntarnos: ¿existían ya los SMBH cuando el universo tenía sólo mil millones de años o menos? ¿Es posible que un agujero negro adquiera una masa tan grande (superando el millón de masas solares y en ocasiones alcanzando miles de millones de masas solares) en tan poco tiempo? Si es así, ¿cuáles son los mecanismos y condiciones físicos subyacentes? Para acercarse al origen de los SMBH, es necesario observarlos y comparar sus propiedades con las predicciones de los modelos teóricos.

Para hacer esto, primero es necesario ubicar dónde se encuentran en el cielo. Un equipo de investigación utilizó el Telescopio Subaru en la cima de Maunakea, Hawaii, y anunció sus descubrimientos en un estudio publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters. Una de las mayores ventajas de Subaru es su capacidad de observación de campo amplio, que es especialmente adecuada para este propósito.

Dado que los SMBH no emiten luz, el equipo buscó una clase especial llamada “cuásares” con bordes brillantes donde el material que cae libera energía gravitacional.

Observaron una amplia zona de cielo equivalente a 5.000 veces la luna llena y descubrieron con éxito 162 cuásares que residen en el universo primitivo. En particular, 22 de estos cuásares existieron en la época en que el universo tenía menos de 800 millones de años, el período más antiguo en el que se han reconocido quásares hasta la fecha.

La gran cantidad de cuásares descubiertos les ha permitido determinar la medida más fundamental llamada “función de luminosidad”, que describe la densidad espacial de los cuásares en función de la energía de radiación. Descubrieron que los cuásares se estaban formando muy rápidamente en el universo primitivo, mientras que la forma general de la función de luminosidad (excepto la amplitud) permanecía sin cambios con el tiempo.

Este comportamiento característico de la función de luminosidad proporciona fuertes restricciones a los modelos teóricos, que en última instancia podrían reproducir todos los observables y describir el origen de los SMBH.

Por otro lado, se sabía que el universo había experimentado una transición de fase importante llamada “reionización cósmica” en su etapa inicial. Observaciones pasadas sugieren que todo el espacio intergaláctico quedó ionizado en este evento. La fuente de la energía de ionización aún está en debate, y la radiación de los cuásares se considera un candidato prometedor.

Al integrar la función de luminosidad anterior, encontramos que los cuásares emiten 10 a la 28 fotones por segundo en una unidad de volumen de 1 año luz en un lado del universo primitivo.

Esto es menos del 1% de los fotones necesarios para mantener el estado ionizado del espacio intergaláctico en ese momento y, por lo tanto, indica que los cuásares hicieron sólo una pequeña contribución a la reionización cósmica. Se necesitan con urgencia otras fuentes de energía que, según otras observaciones recientes, pueden ser la radiación integrada de estrellas masivas calientes en las galaxias en formación.