Esta imagen muestra un «primer plano» de la galaxia GN-z11 captada por el Telescopio Espacial Hubble, superpuesta a otra imagen que marca la ubicación de la galaxia en el cielo.
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Esta imagen muestra un «primer plano» de la galaxia GN-z11 captada por el Telescopio Espacial Hubble, superpuesta a otra imagen que marca la ubicación de la galaxia en el cielo.
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Cuando el Telescopio Espacial Hubble vio por primera vez la galaxia GN-z11 en 2016, fue la galaxia más distante jamás identificada por los científicos. Era antiguo, se formó hace 13.400 millones de años, sólo 400 millones de años después del Big Bang.
Pero a pesar de que desde entonces se ha batido el récord del GN-z11, la galaxia sigue siendo un enigma. Para ser una galaxia tan antigua y compacta, era extrañamente brillante. Para ser tan brillante, “habría sido necesario un gran número de estrellas agrupadas en un volumen tan pequeño”, explica Roberto Maiolino, astrofísico de la Universidad de Cambridge. Pero dado lo joven que es el universo, habría sido difícil producir todas estas estrellas jóvenes y brillantes en este tiempo relativamente corto.
Ahora, en un artículo titulado «Un agujero negro pequeño y vigoroso en el universo temprano», publicado en Naturaleza, Maiolino y sus colegas tienen una explicación alternativa para toda esta luz: un agujero negro supermasivo de aproximadamente 1,6 millones de veces la masa de nuestro Sol. El agujero negro en sí no emite luz, pero toda la materia que grita hacia él, propone Maiolino, podría ser lo suficientemente caliente y brillante como para producir el intenso brillo de la galaxia.
Dice que es el primer agujero negro jamás detectado, y su mera existencia pone en duda el origen de algunos agujeros negros y cómo se alimentan y crecen.
Un nuevo telescopio revela un extraordinario arco iris
Desde hace veinte años, Maiolino contribuye al desarrollo de Telescopio espacial James Webb que se lanzó el día de Navidad de 2021. En particular, es parte del equipo que diseñó y construyó uno de sus instrumentos clave llamado espectrómetro de infrarrojo cercano.
«El instrumento [is] responsable de dividir la luz de galaxias y estrellas [into] sus colores», dice. «Así que es básicamente el arco iris de la galaxia».
Cuando Maiolino y sus colegas apuntaron el nuevo y poderoso telescopio y su instrumento a la galaxia conocida como GN-z11, los detalles que obtuvieron fueron impresionantes.
«Fue muy emocionante», recuerda. «Pero al principio no sabíamos realmente lo que nos decía. El espectro era bastante confuso».
Entonces el equipo profundizó su análisis y recopiló más datos. Y plantearon la hipótesis de que el brillante resplandor ultravioleta que emanaba de la galaxia distante probablemente provenía de enormes cantidades de gas que giraban y vertían en un agujero negro. La fricción de todo ese gas atraído hacia adentro lo habría calentado e iluminado, lo que probablemente explicaría por qué la galaxia es tan brillante.
Así entendieron Maiolino y su equipo a qué se enfrentaban: un agujero negro supermasivo estacionado en el centro de la galaxia.
“Para entonces”, dice, “el entusiasmo se había duplicado y, por supuesto, se había vuelto aún más interesante”.
Un agujero negro especial
No era un agujero negro cualquiera. Primero, suponiendo que el agujero negro comenzara siendo pequeño, podría devorar materia a un ritmo feroz. Y lo habría necesitado para alcanzar su enorme tamaño.
«Este agujero negro básicamente se está comiendo el [equivalent of] «Eso es un sol entero cada cinco años», afirma Maiolino. «En realidad, es mucho mayor de lo que pensábamos posible para estos agujeros negros». De ahí la palabra “vigoroso” en el título del artículo.
En segundo lugar, el agujero negro tiene 1,6 millones de veces la masa de nuestro Sol y estuvo en su lugar sólo 400 millones de años después del surgimiento del universo.
“Básicamente, no es posible que un agujero negro tan masivo crezca tan rápido y tan temprano en el universo”, afirma Maiolino. «En esencia, según las teorías clásicas, no hay suficiente tiempo. Por eso tenemos que invocar escenarios alternativos».
Este es el primer escenario: en lugar de comenzar como agujeros negros pequeños, quizás supermasivos, en el universo primitivo, simplemente nacieron grandes debido al colapso de vastas nubes de gas primordial.
El segundo escenario es que quizás las primeras estrellas colapsaron para formar un mar de agujeros negros más pequeños, que luego podrían haberse fusionado o tragado materia mucho más rápido de lo que pensábamos, provocando que el agujero negro resultante creciera rápidamente.
O tal vez sea una combinación de ambos.
Además, es posible que este agujero negro pueda perjudicar el crecimiento de la galaxia GN-z11. Esto se debe a que los agujeros negros irradian energía cuando se alimentan. A un ritmo tan alto, esta energía podría barrer el gas de la galaxia anfitriona. Y dado que las estrellas están hechas de gas, esto podría extinguir la formación estelar, estrangulando lentamente a la galaxia. Por no hablar de que sin gas, el agujero negro no tendría nada de qué alimentarse y además moriría.
«Estos autores han demostrado de manera convincente que existe un agujero negro», dice Priyava Natarajanun astrophysicien de l’Université de Yale qui n’a pas participé à l’étude, «bien qu’il n’ait pas été détecté» à l’aide des rayons X, qui sont la référence pour tester la présence d’un agujero negro.
Natarajan era parte de un equipo que usado recientemente tanto el nuevo telescopio espacial James Webb como los datos radiológicos del Observatorio de rayos X Chandra encontrar un agujero negro supermasivo en otra parte del universo que existió 470 millones de años después del Big Bang, es decir, un poco más reciente que este último descubrimiento.
Un descubrimiento que, según Natarajan, «revela la diversidad de los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas. Hoy vemos diversidad y parece que esta diversidad comienza bastante temprano».
