El voraz agujero negro que existió apenas 400 millones de años después del Big Bang podría ayudar a explicar cómo los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente.

Un equipo de astrónomos ha utilizado el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para descubrir el agujero negro más distante y antiguo jamás visto mientras se alimenta de su galaxia anfitriona.

El descubrimiento podría ser un enorme paso adelante en la comprensión de cómo los agujeros negros supermasivos alcanzaron masas equivalentes a millones de miles de millones de veces la del Sol en las primeras épocas del universo .

El agujero negro se encuentra en la antigua galaxia GN-z11, que se encuentra a 13.400 millones de años luz de distancia y, por lo tanto, se ve tal como era apenas 400 millones de años después del Big Bang . El agujero negro en sí tiene alrededor de 6 millones de veces la masa del Sol y parece alimentarse de materia de la galaxia circundante cinco veces más rápido que el límite sugerido como sustentable por las teorías actuales.

El Departamento de Física de la Universidad de Cambridge y el líder del equipo, Roberto Maiolino, describieron el descubrimiento como "un gran paso adelante" para la ciencia de los agujeros negros en un comunicado.

"Es muy temprano en el universo para ver un agujero negro de esta masa, por lo que tenemos que considerar otras formas en que podrían formarse", dijo Maiolino en el comunicado. "Las galaxias muy tempranas eran extremadamente ricas en gas, por lo que habrían sido como un buffet para los agujeros negros".

¿Los agujeros negros supermasivos comen en exceso?

El tamaño de los primeros agujeros negros supermasivos que se formaron cuando el universo tenía menos de mil millones de años es un problema para las teorías de formación porque alcanzar una masa de millones o miles de millones de veces la del Sol debería requerir miles de millones de años de alimentación constante.

"Es como ver a una familia caminando por la calle, y tienen dos adolescentes de seis pies, pero también tienen con ellos un niño pequeño de seis pies de altura", dijo John Reagan, investigador de la Universidad de Maynooth, que no participó en esta investigación . Space.com en referencia a un descubrimiento anterior. "Eso es un pequeño problema: ¿cómo llegó a ser tan alto el niño? Y lo mismo ocurre con los agujeros negros supermasivos en el universo. ¿Cómo se volvieron tan masivos tan rápidamente?"

Actualmente, los científicos tienen dos rutas principales que los agujeros negros podrían seguir para alcanzar el estado supermasivo en el universo primitivo. Podrían comenzar como pequeñas semillas de agujeros negros que se crean cuando estrellas masivas colapsan al final de sus vidas y después de millones o miles de millones de años, o podrían saltarse esta etapa por completo.

Esto podría ocurrir si vastas nubes de gas frío y polvo colapsaran para formar inmediatamente una "semilla pesada de agujero negro" con una masa de unos pocos millones de veces la del sol. De esa manera, el proceso avanza rápidamente a través de millones o miles de millones de años de evolución estelar, consiguiendo una ventaja sobre los procesos de alimentación y fusión que ayudan a que las semillas de los agujeros negros crezcan hasta convertirse en agujeros negros supermasivos. El descubrimiento de este nuevo y antiguo agujero negro con una masa unos pocos millones de veces mayor que la del Sol favorece esa teoría de la semilla pesada.

Sin embargo, por otro lado, la velocidad a la que el agujero negro en GN-z11 está acumulando materia podría sugerir que los agujeros negros pueden ser capaces de alimentarse mucho más rápido de lo que se ha observado que lo hacen otros agujeros negros descubiertos en el universo primitivo. . Esto sería una ventaja para las teorías de las semillas de los pequeños agujeros negros.

Una fórmula matemática conocida como límite de Eddington marca la rapidez con la que un cuerpo, como una estrella, puede acumular masa sin que la radiación que emite (su luminosidad) aleje esa masa y corte así el suministro de alimentos.

Si bien los agujeros negros no emiten luz porque están delimitados por un límite que atrapa la luz llamado horizonte de sucesos , su influencia gravitacional masiva hace que el material que gira a su alrededor se agite y caliente violentamente, emitiendo radiación en el proceso. Cuanto más rápidamente se alimenta un agujero negro, más intensa es la luz de esa región, llamada núcleo galáctico activo (AGN).

Por lo tanto, el límite de Eddington se aplica a esta región y puede actuar de manera similar para alejar el material y cortar el frenesí de alimentación de un agujero negro.

Este agujero negro recién descubierto está acumulando materia de su galaxia anfitriona a un ritmo cinco veces mayor que el límite de Eddington. Pueden ocurrir períodos del llamado "acrecimiento súper Eddington", pero lo hacen en combates limitados.

El equipo estimó que si este período de alimentación voraz de este agujero negro hubiera durado 100 millones de años, es posible que no hubiera tenido que comenzar su vida como una pesada semilla de agujero negro. Podría haberse formado a partir de una semilla de agujero negro de masa estelar mucho más ligera entre aproximadamente 250 y 370 millones de años después del Big Bang y haber crecido rápidamente hasta alcanzar la masa que tiene como la observa el JWST hace 13,4 millones de años.

La alimentación de un agujero negro puede condenar a su galaxia anfitriona

Una cosa de la que el equipo está bastante seguro es que la intensa alimentación de este agujero negro es responsable del propio GN-z11, que es unas 100 veces más pequeño que la Vía Láctea y muy luminoso. Pero es probable que el glotón agujero negro también frene el crecimiento de su galaxia anfitriona.

Es probable que vientos ultrarrápidos de partículas arrojadas alrededor del agujero negro que se está alimentando expulsen el gas y el polvo del corazón de la galaxia. Nubes frías de gas y polvo colapsan para dar origen a estrellas, lo que significa que el agujero negro está deteniendo el nacimiento estelar, en el proceso "matando" el crecimiento de esta pequeña galaxia.

Además de aprender más sobre este agujero negro y su galaxia, el equipo detrás de esta investigación cree que el poder del JWST debería ayudar a descubrir más agujeros negros en el universo temprano.

En particular, su objetivo es descubrir pequeñas semillas de agujeros negros en la infancia del cosmos y poner fin al debate sobre el crecimiento prematuro de agujeros negros supermasivos.

"Es una nueva era: el salto gigante en la sensibilidad, especialmente en el infrarrojo, es como pasar del telescopio de Galileo a un telescopio moderno de la noche a la mañana", concluye Maiolino. "Antes de que el JWST estuviera en funcionamiento, pensaba que tal vez el universo no fuera tan interesante si se iba más allá de lo que podíamos ver con el Telescopio Espacial Hubble. Pero ese no ha sido el caso en absoluto: el universo ha sido bastante generoso en lo que nos lo está mostrando, y esto es sólo el comienzo".

El telescopio espacial James Webb descubre el agujero negro más antiguo y distante jamás visto

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