En el centro de las galaxias conocidas hay agujeros negros supermasivos, y hasta ahora se creía que nacían al mismo tiempo, pero en el universo temprano esta regla no se cumplía

En los últimos años se ha descubierto que las galaxias tienen en su núcleo inmensos agujeros negros. En el universo cercano a nosotros, estos agujeros negros supermasivos y las galaxias que los albergan guardan una relación casi constante: la masa del agujero negro es aproximadamente un milésimo de la masa estelar total de la galaxia.

Esa proporción se ha interpretado como evidencia de que agujeros negros y galaxias crecen juntos, en una especie de coevolución regulada por retroalimentación mutua. Pero el universo primitivo tiene sus propias reglas, y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) está revelando que en los primeros miles de millones de años, esa proporción no existía en absoluto.

El hallazgo publicado en dos artículos simultáneos en Nature y en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society por el equipo de Ignas Juodžbalis y Roberto Maiolino de la University of Cambridge ofrece la demostración más directa hasta la fecha: hay agujeros negros en el universo joven que son miles de veces más masivos, y más antiguos, que sus galaxias anfitrionas.

El pequeño punto rojo que lo cambia todo

El objeto Abell2744-QSO1 (QSO1) es un «Pequeño Punto Rojo» (Little Red Dot en la nomenclatura del JWST), uno de esos objetos diminutos, extremadamente distantes y llamativamente rojos que el telescopio empezó a descubrir por centenares en sus primeras observaciones del universo temprano. ¿Por qué rojo? Como el universo está en expansión, la luz de los objetos más lejanos, que se alejan de nosotros a mayor velocidad, tiende al rojo, por el efecto Doppler. Pero estos puntos presentan un color rojo característico. La comunidad científica ha debatido si esto se debe a un caparazón de gas denso o a polvo interestelar denso que bloquea la luz azul. En cualquier caso, un Pequeño Punto Rojo indica una edad cercana al origen del universo.

Por tanto, encontrar ese punto rojo en un agujero negro en el centro de una galaxia quiere decir que el agujero negro ya estaba antes de que se formara la galaxia. «Antes de ahora, todas las mediciones de masa de agujeros negros en el universo primitivo eran indirectas, basadas en suposiciones sobre lo que sabemos de ellos en el universo local. No sabíamos si esas suposiciones realmente se aplican al universo lejano», señaló el co-autor Dr. Francesco D’Eugenio.

El equipo usó la unidad de campo integral del instrumento NIRSpec del JWST para mapear los movimientos del gas de hidrógeno que rodea el agujero negro. Al trazar la velocidad de rotación de ese gas en función de la distancia al centro, encontraron que el gas sigue un movimiento kepleriano: orbita un punto central exactamente igual que los planetas de nuestro sistema solar orbitan el Sol. Eso permitió calcular la masa del objeto central con precisión, sin necesidad de ninguna suposición.

El resultado: un agujero negro de unos 50 millones de masas solares en una galaxia de solo 1.300 años luz de diámetro (para comparación, la Vía Láctea tiene 100.000 años luz de diámetro). La proporción entre la masa del agujero negro y la masa estelar de la galaxia es miles de veces mayor que en el universo cercano. El agujero negro no solo precede a la galaxia en tamaño: prácticamente la domina en masa.

Implicaciones para la formación de las primeras estructuras del cosmos

El descubrimiento refuerza la hipótesis de que en el universo primitivo, los agujeros negros supermasivos se forman primero, quizás a partir del colapso directo de grandes nubes de gas o de las primeras generaciones de estrellas masivas, y después las galaxias crecen lentamente a su alrededor. En el universo local, los agujeros negros están «embridados» por sus galaxias y crecen a un ritmo regulado.

En el universo primitivo, libres de esa regulación, podían crecer de forma desbocada y alcanzar masas enormes en poco tiempo cosmológico. El equipo ya está analizando objetos similares para determinar si QSO1 es una anomalía o el representante de una población generalizada de agujeros negros que anteceden a sus galaxias.

REFERENCIAS