Se ha identificado el agujero negro supermasivo más antiguo jamás encontrado
Un objeto que acecha en el brumoso amanecer del Universo ha dado una gran sorpresa a los astrónomos. El Telescopio Espacial James Webb observa una de las galaxias y encuentra un agujero negro supermasivo.
Las observaciones recopiladas a través del Telescopio Espacial James Webb han revelado un agujero negro supermasivo activo de 9 millones de veces la masa del Sol, y que sigue creciendo activamente a medida que absorbe materia del medio que lo rodea.
Este es el primer agujero negro supermasivo en crecimiento detectado hasta el momento, formado aproximadamente 570 millones de años después del Big Bang, cuando el Universo era muy joven aún.
El agujero negro se encontró dentro de una de las primeras galaxias que se formaron tras el Big Bang, anteriormente conocida como EGSY8p7 y rebautizada como CEERS 1019. Su descubrimiento podría ayudar con uno de los mayores problemas sin entender del Universo primitivo: cómo crecieron los agujeros negros a tamaños tan grandes en tan poco tiempo.
El descubrimiento se detalla en un artículo dirigido por la astrofísica Rebecca Larson de la Universidad de Texas en Austin y aparece en una edición especial de The Astrophysical Journal.
CEERS-iously?
— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) July 6, 2023
In a survey of 100,000 galaxies named CEERS, Webb found the most distant active supermassive black hole to date, 2 more small early black holes, and 11 early galaxies. All existed in the first 1.1 billion years after the big bang. Seriously! https://t.co/5ZXzUZtDYM pic.twitter.com/mBA7edLhXX
Ciencia detrás del descubrimiento
Larson inicialmente estaba observando CEERS 1019 como parte de su trabajo de investigación acerca de la luz producida por la formación estelar en el Universo primitivo.
Se cree que esta luz, llamada emisión Lyman-alfa, es generada por la ionización del hidrógeno neutro debida a la actividad de formación estelar. El Universo primitivo estaba lleno de una niebla, que impedía que la luz se propagara; fue solo después de que este hidrógeno se ionizó que la luz pudo fluir libremente.
Esta Época de Reionización, como se la conoce, no se entiende completamente. Sabemos que tuvo lugar en los primeros mil millones de años después del Big Bang hace 13,800 millones de años, pero es realmente difícil ver eso en el Universo primitivo. CEERS 1019 y un puñado de otras galaxias súper tempranas son objetivos excelentes para esta investigación, porque son relativamente brillantes.
Observaciones con nuevos ojos
La galaxia se identificó en los datos del Hubble en 2015 y, en ese momento, fue la galaxia más temprana y distante observada.
Las observaciones posteriores confirmaron su existencia, pero la información más detallada siguió siendo esquiva: la luz más temprana del Universo se ha desplazado tanto hacia la parte infrarroja del espectro debido a la expansión del Universo que se necesita un instrumento infrarrojo potente.
Entonces, cuando apareció el Telescopio James Webb para probarlos, la galaxia CEERS 1019, era un objetivo obvio. El Webb observó la galaxia durante sólo una hora, con sus cuatro instrumentos, pero arrojó una gran cantidad de datos.
Además de la luz de la formación de estrellas, había una característica de emisión amplia generalmente asociada con Galaxias Activas (o AGN por sus siglas en inglés), y las cosas empezaron a ponerse interesantes pues comúnmente, una galaxia en el Universo primitivo emite luz de un AGN o luz de formación estelar. Ver a ambos en la misma galaxia fue extremadamente inesperado.
Agujeros Negros supermasivos observados previamente
Que existiera un agujero negro supermasivo hace más de 13,200 millones de años y se lo viera crecer no es tan sorprendente como se podría pensar.
Se han detectado agujeros negros mucho más grandes en el Universo primitivo; J1342+0928, una galaxia detectada 690 millones de años después del Big Bang, tiene un agujero negro supermasivo con 800 millones de soles. El agujero negro en J0313-1806, 670 millones de años después del Big Bang, se midió en 1600 millones de soles.
Ambos cuásares están dominados por emisiones AGN. Lo que CEERS 1019 parece representar, es un paso intermedio: un punto entre las galaxias posteriores, más grandes y dominadas por AGN, y cómo esas galaxias y sus agujeros negros comenzaron a formarse en primer lugar.
Teorías acerca del crecimiento del Agujero Negro
Al observar el agujero negro supermasivo en CEERS 1019, los investigadores creen que el objeto se formó a partir del colapso de un objeto masivo, como una de las primeras estrellas del Universo.
Estas estrellas eran mucho, mucho más grandes que las estrellas que tenemos hoy, por lo que el agujero negro de tal colapso habría tenido una ventaja en su camino hacia convertirse en supermasivo.
Pero aún necesitaría un poco de impulso. Esto podría haber venido en forma de acumulación periódica. El material se arremolina alrededor de un agujero negro en un disco, alimentándose en el agujero negro como el agua por un desagüe. Por encima del límite de Eddington, el material se mueve tan rápido que, en lugar de dar vueltas alrededor del agujero negro, sale volando hacia el espacio.
La acumulación de Super-Eddington solo es posible por períodos cortos; pero, según el modelo del equipo, podría ser posible en ráfagas que ayudaron a hacer crecer el agujero negro en el centro de CEERS 1019.
Una fusión de galaxias podría ser en parte responsable de impulsar la actividad en el agujero negro de esta galaxia, y eso también podría conducir a una mayor formación de estrellas.
Pero la mejor manera de aprender más sobre ellas es encontrar más galaxias intermedias, y esto parece extremadamente factible. Se espera que las observaciones verdaderamente profundas revelen galaxias más distantes e incluso más débiles que finalmente nos ayuden a comprender cómo nació el Universo y cómo creció.