El telescopio espacial James Webb detecta un agujero negro supermasivo voraz en el universo primitivo

Investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA han confirmado la existencia de un agujero negro supermasivo en crecimiento activo dentro de una galaxia, tan solo 570 millones de años después del Big Bang.

CANUCS-LRD-z8.6, así llamado, perteneciente a una clase de galaxias pequeñas y muy distantes que han desconcertado a los astrónomos, representa una pieza clave de este rompecabezas y desafía las teorías existentes sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el universo primitivo. El descubrimiento conecta los agujeros negros primigenios con los cuásares luminosos que observamos hoy.

Un agujero negro supermasivo y viejo

Durante sus tres primeros años, los estudios del universo primitivo realizados por el telescopio Webb han revelado un número creciente de objetos pequeños, extremadamente distantes y de un rojo intenso. Estos llamados Pequeños Puntos Rojos (LRD, por sus siglas en inglés) siguen siendo un misterio fascinante para los astrónomos, a pesar de su inesperada abundancia. El descubrimiento en CANUCS-LRD-z8.6, posible gracias a las excepcionales capacidades del Webb, ha contribuido a la búsqueda de respuestas. El espectrógrafo de infrarrojo cercano ( NIRSpec ) del Webb permitió a los investigadores observar la tenue luz de esta galaxia distante y detectar características espectrales clave que apuntan a la presencia de un agujero negro en acreción.

Roberta Tripodi, autora principal del estudio e investigadora de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Ljubljana (FMF), en Eslovenia, y del INAF - Observatorio Astronómico de Roma, en Italia, explicó: «Este descubrimiento es verdaderamente extraordinario. Hemos observado una galaxia de menos de 600 millones de años después del Big Bang, y no solo alberga un agujero negro supermasivo, sino que este crece rápidamente, mucho más rápido de lo que cabría esperar en una galaxia de estas características en una época tan temprana. Esto pone en entredicho nuestra comprensión de la formación de agujeros negros y galaxias en el universo primitivo y abre nuevas vías de investigación sobre cómo se originaron estos objetos».

El equipo analizó el espectro de la galaxia , que mostró gas altamente ionizado por radiación energética, lo que sugiere que gira rápidamente alrededor de una fuente central. Estas características son clave para determinar la naturaleza de un agujero negro supermasivo en acreción. Los datos espectrales precisos permitieron estimar la masa del agujero negro, revelando que es inusualmente grande para una galaxia tan temprana en el Universo, y demostraron que CANUCS-LRD-z8.6 es compacta y aún no ha producido muchos elementos pesados, lo que la convierte en una galaxia en una etapa temprana de su evolución. Esta combinación la convierte en un objeto de estudio fascinante.

Además, la espectroscopia del Webb permitió al equipo medir la cantidad de energía emitida en diferentes longitudes de onda, lo que les permitió caracterizar las propiedades físicas de la galaxia. Esto les permitió determinar la masa de las estrellas de la galaxia y compararla con la masa del agujero negro. «Los datos que recibimos del Webb fueron absolutamente cruciales», añadió el Dr. Nicholas Martis, colaborador de la Universidad de Ljubljana, FMF, quien ayudó a analizar el espectro de la fuente. «Las características espectrales reveladas por el Webb proporcionaron indicios claros de un agujero negro en acreción en el centro de la galaxia, algo que no se podía observar con la tecnología anterior. Lo que hace esto aún más convincente es que el agujero negro de la galaxia es mucho más masivo que su masa estelar. Esto sugiere que los agujeros negros en el universo primitivo podrían haber crecido mucho más rápido que las galaxias que los albergan».

Los astrónomos han observado previamente que la masa de un agujero negro supermasivo y la de su galaxia anfitriona están relacionadas: cuanto mayor es el tamaño de una galaxia, mayor es también el de su agujero negro central.

CANUCS-LRD-z8.6 es la galaxia anfitriona más masiva conocida en una época tan temprana, sin embargo, su agujero negro central es aún más masivo de lo esperado, desafiando la relación habitual. Este resultado sugiere que los agujeros negros pudieron haberse formado y comenzado a crecer a un ritmo acelerado en el universo primitivo, incluso en galaxias relativamente pequeñas.

Imagen Webb: MACS J1149.5+2223. ESA

«Este descubrimiento supone un avance crucial para comprender la formación de los primeros agujeros negros supermasivos del Universo», explicó el profesor Maruša Bradač, líder del grupo en la Universidad de Liubliana. «El inesperado y rápido crecimiento del agujero negro en esta galaxia plantea interrogantes sobre los procesos que permitieron la aparición temprana de objetos tan masivos. A medida que continuemos analizando los datos, esperamos encontrar más galaxias como CANUCS-LRD-z8.6, que podrían proporcionarnos información aún más valiosa sobre los orígenes de los agujeros negros y las galaxias».

El equipo ya está planificando observaciones adicionales con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Webb para estudiar con mayor profundidad el gas frío y el polvo de la galaxia y refinar su comprensión de las propiedades del agujero negro. La investigación en curso sobre este LRD está a punto de responder preguntas cruciales sobre el universo primitivo, incluyendo cómo coevolucionaron los agujeros negros y las galaxias durante los primeros mil millones de años de la historia cósmica.

A medida que los astrónomos continúan explorando el Universo primitivo con el JWST, se espera que surjan nuevas sorpresas, ofreciendo una imagen cada vez más detallada de cómo crecieron y evolucionaron los primeros agujeros negros supermasivos, preparando el terreno para la formación de los luminosos cuásares que iluminan el Universo hoy en día.

Los resultados fueron obtenidos por la colaboración CANUCS del programa de observación Webb # 1208 (IP: CJ Willott) y han sido publicados hoy en Nature Communications.

Fuente: ESA