Unos astrónomos han descubierto un insólito agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia lejana, ahora observable tal como era tan solo 1.500 millones de años después de la creación del universo. Este agujero consumía materia a un ritmo colosal, de más de 40 veces el límite máximo teórico.
El estudio lo ha realizado un equipo integrado, entre otros, por Hyewon Suh, del Observatorio Internacional Gemini, impulsado por la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) y el NOIRLab, en Estados Unidos ambas instituciones, así como por Mar Mezcua, del Instituto de Ciencias Espaciales de Cataluña (IEEC) y del Instituto de Ciencias del Espacio, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España. Para el estudio se utilizaron observaciones efectuadas por el telescopio espacial James Webb de la NASA, la ESA y la CSA, respectivamente las agencias espaciales estadounidense, europea y canadiense, así como por Observatorio espacial Chandra de Rayos X de la NASA.
Los agujeros negros supermasivos existen en el centro de la mayoría de las galaxias y los telescopios modernos son capaces de observarlos a distancias tan grandes que la luz que nos llega de ellos ahora la emitieron cuando el universo estaba todavía en su infancia. Ver cómo eran esos agujeros en ese pasado tan remoto puede ser de gran ayuda para desentrañar algunos de los enigmas de la evolución cósmica.
El asombroso agujero negro investigado se llama LID-568 y destaca por su intensa radiación en rayos X, aunque su posición exacta no podía determinarse únicamente a partir de las observaciones de rayos X, lo que suscitaba dudas sobre el correcto centrado del objetivo en el campo de visión del James Webb. Por ese motivo, en vez de utilizar la espectroscopía tradicional, se decidió utilizar el espectrógrafo de campo integral del instrumento NIRSpec del James Webb. Este instrumento puede obtener un espectro para cada píxel en el campo de visión del instrumento en vez de estar limitado a un estrecho corte.
Según Emanuele Farina, astrónomo del Observatorio Internacional Gemini y coautor del estudio, “debido a su débil naturaleza, la detección de LID-568 habría sido imposible sin el James Webb. El uso del espectrógrafo de campo integral fue innovador y necesario para obtener nuestra observación”.
El instrumento NIRSpec del James Webb permitió al equipo obtener una visión completa de su objetivo y de la región circundante, lo que condujo al inesperado descubrimiento de potentes flujos de gas alrededor del agujero negro central. La velocidad y el tamaño de estos flujos llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento de la masa de LID-568 pudo producirse en un episodio único de rápida acreción. Al respecto, Suh indicó que “este resultado fortuito agregó una nueva dimensión a nuestra comprensión del sistema y abrió interesantes vías de investigación”.
Suh y sus colegas descubrieron que LID-568 parece alimentarse de materia a una velocidad 40 veces más rápido que lo permitido por el límite de Eddington. Este límite se refiere a la luminosidad máxima que puede alcanzar el entorno inmediato de un agujero negro, así como a la velocidad a la que puede absorber materia, de forma que su fuerza gravitatoria hacia el interior y la presión hacia el exterior generada por el calor de la materia comprimida permanezcan en equilibrio. Cuando se calculó que la luminosidad de LID-568 era mucho mayor que lo teóricamente posible, el equipo supo que sus datos contenían algo extraordinario.
“Este agujero negro se está dando un festín,” destaca la astrónoma Julia Scharwächter del Observatorio Internacional Gemini y coautora del estudio. “Este caso extremo muestra que un mecanismo de alimentación rápida por encima del límite de Eddington es una de las posibles explicaciones de por qué vemos estos agujeros negros masivos tan temprano en el universo.
Estos resultados aportan nuevos conocimiento sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de “semillas” de agujeros negros más pequeños, que según las teorías actuales, surgen de la muerte de las primeras estrellas del universo (semillas livianas), o del colapso directo de nubes de gas (semillas pesadas). Hasta ahora, estas teorías carecían de confirmación observacional. Al respecto, Suh destacó que el descubrimiento de LID-568 sugiere que una parte significativa del crecimiento de masa puede producirse durante un episodio único de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada.
El descubrimiento de LID-568 también demuestra que es posible que un agujero negro supere su límite de Eddington y ofrece a los astrónomos la posibilidad de estudiar cómo ocurre esto. Es posible que los potentes flujos observados en LID-568 puedan actuar como una válvula de escape del exceso de energía generado por la acreción extrema, evitando que el sistema se vuelva demasiado inestable. Sea cual sea la explicación, se requerirá investigar más para llegar a conclusiones claras.
El estudio se titula “A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Astronomy. (Fuente: NOIRLab / Manuel Paredes / NCYT de Amazings)
