Hito astronómico: hallan el agujero negro supermasivo más antiguo que jamás se haya visto

En un asombroso hallazgo, astrónomos han identificado un objeto oculto en la nebulosa madrugada del Universo. Gracias a las observaciones recopiladas a través del Telescopio Espacial James Webb, se ha revelado la existencia de un agujero negro supermasivo activo, con una masa 9 millones de veces mayor que la del Sol, que se encuentra en pleno crecimiento al devorar materia del espacio que lo rodea. Este agujero negro, que data de apenas 570 millones de años después del Big Bang, es el más antiguo en crecimiento detectado hasta ahora y los científicos confían en que no mantendrá ese récord por mucho tiempo.

Este asombroso descubrimiento se realizó dentro de una de las galaxias más antiguas conocidas, anteriormente denominada EGSY8p7 y rebautizada como CEERS 1019. Su hallazgo podría arrojar luz sobre uno de los mayores enigmas del Universo temprano: cómo los agujeros negros en el Amanecer Cósmico lograron crecer hasta alcanzar tamaños tan gigantescos en un lapso tan corto de tiempo.

El equipo de investigación, liderado por la astrofísica Rebecca Larson de la Universidad de Texas en Austin, ha detallado este descubrimiento en un artículo especial de The Astrophysical Journal.

En un principio, Larson estaba estudiando la luz generada por la formación estelar en el Universo temprano mientras investigaba los datos recopilados por el telescopio espacial Hubble. Esta luz, conocida como emisión de Lyman-alfa, se cree que es producida por la ionización del hidrógeno neutro debido a la actividad de formación de estrellas.

En el Universo temprano, una densa neblina de hidrógeno neutro impedía la propagación de la luz, hasta que este hidrógeno fue ionizado, permitiendo que la luz se propagara libremente.

Este período de reionización, como se le conoce, aún no se comprende completamente. Sabemos que ocurrió durante el primer billón de años después del Big Bang, hace aproximadamente 13.8 mil millones de años, pero observar tan lejos en el Universo temprano resulta extremadamente difícil. Sin embargo, galaxias como CEERS 1019, y algunas otras que se encuentran en un estadio súper temprano, se presentan como objetivos excelentes para esta investigación debido a su relativa brillantez.

La galaxia CEERS 1019 fue identificada en los datos del telescopio Hubble en 2015 y, en ese momento, fue la galaxia más lejana y antigua observada. Observaciones posteriores confirmaron su existencia, pero obtener información más detallada se había vuelto esquivo. La luz más antigua del Universo ha experimentado un desplazamiento hacia el infrarrojo debido a la expansión del Universo, lo que hace necesario el uso de un instrumento infrarrojo potente y especializado como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para poder estudiarla.

Cuando el JWST se hizo disponible, CEERS 1019, la galaxia más brillante de aquella época según el Hubble, se convirtió en un objetivo obvio. El telescopio observó la galaxia durante una hora, utilizando sus cuatro instrumentos, y obtuvo una riqueza de datos.

«En ese momento, me quedé sorprendida al ver todo lo que podíamos ver con el JWST. Habíamos captado todo un espectro de esta galaxia y otras galaxias del Universo temprano que nunca habíamos visto antes», dijo Larson en una entrevista con ScienceAlert.

Sin embargo, durante el análisis de los datos, Larson y su equipo notaron algo inesperado. Además de la luz proveniente de la formación estelar, había una amplia emisión asociada comúnmente con los núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés). Esta observación desató un interesante debate entre los investigadores especializados en AGN. «Fue una sorpresa para todos nosotros», expresó Larson.

«Durante semanas, tuvimos intensas discusiones sobre si debía ser una cosa u otra. Y resulta que es ambas. El agujero negro está teniendo un impacto en las líneas de emisión que estamos observando, pero la mayor parte de la luz que vemos en nuestras imágenes sigue estando dominada por la parte de formación estelar de la galaxia».

No resulta tan sorprendente que haya existido un agujero negro supermasivo hace más de 13.2 mil millones de años y que se encuentre en crecimiento. En el Universo temprano se han detectado agujeros negros mucho más grandes; por ejemplo, el cuásar J1342+0928, una galaxia detectada a 690 millones de años después del Big Bang, contiene un agujero negro supermasivo con una masa equivalente a 800 millones de Soles.

El agujero negro en J0313-1806, con una edad de 670 millones de años después del Big Bang, tiene una masa de 1.6 mil millones de Soles.

Ambos cuásares están dominados por la emisión de AGN. Lo que parece representar CEERS 1019, según Larson y sus colegas, 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.

«No sabíamos, y aún no sabemos, cómo los agujeros negros en esas galaxias llegaron a ser tan masivos, tan temprano en el Universo», afirmó Larson.

«Nuestro descubrimiento podría ser el precursor, o lo que creció para convertirse en estos increíblemente masivos cuásares. 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 en el Universo.

Estas estrellas eran mucho más grandes que las estrellas actuales, lo que permitiría que el agujero negro resultante tuviera una ventaja inicial en su camino hacia la supermasividad. Sin embargo, todavía necesitaría un impulso adicional. Este impulso pudo haberse producido mediante la acreción super-Eddington periódica.

La acreción super-Eddington es posible durante períodos cortos de tiempo, y según el modelo del equipo de investigación, podría haber ocurrido en ráfagas que ayudaron al crecimiento del agujero negro en el centro de CEERS 1019.

«A esta distancia, no estamos acostumbrados a ver tanta estructura en las imágenes«, dijo Jeyhan Kartaltepe, miembro del equipo CEERS y astrónomo del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York.

«Una fusión de galaxias podría ser responsable en parte de la actividad alimentada en el agujero negro de esta galaxia, lo que también podría llevar a un aumento en la formación de estrellas».

La mejor manera de aprender más al respecto es encontrar más galaxias intermedias, y esto parece ser extremadamente factible.

Como señala Larson, los resultados se obtuvieron a partir de una hora de observaciones. Se espera que las observaciones más detalladas revelen galaxias más distantes e incluso más tenues, lo que finalmente nos ayudará a comprender cómo nació y creció el Universo.

«No creo que mi récord se mantenga por mucho tiempo», dijo Larson. «Y espero que no lo haga, porque creo que eso es más emocionante, que estemos comenzando a responder estas preguntas».

Este descubrimiento ha sido publicado en una edición especial de The Astrophysical Journal.

En resumen, el hallazgo del agujero negro supermasivo más antiguo jamás encontrado representa un hito importante en la comprensión de la formación y evolución de los agujeros negros en el Universo temprano. CEERS 1019, con su agujero negro en crecimiento, proporciona pistas sobre los procesos que llevaron a la formación de los gigantes cósmicos que observamos en el Universo actual.

El Telescopio Espacial James Webb y futuras misiones nos permitirán explorar aún más las profundidades del tiempo y descubrir más sobre los misterios del Universo en sus primeras etapas.