Un destello que parpadea a través del golfo del tiempo y el espacio es el agujero negro más antiguo que jamás hayamos visto.
La luz detectada por un equipo dirigido por el astrofísico Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge es el resplandor emitido por la galaxia anfitriona del agujero negro mientras gira inexorablemente hacia el horizonte de sucesos. Tal como era apenas 400 millones de años después del Big Bang, el agujero negro ya es masivo: alrededor de 1,6 millones de veces la masa del Sol.
Es un descubrimiento que parece confirmar el modelo de colapso directo de la formación de agujeros negros supermasivos en el Universo temprano, en lugar del largo y lento proceso de acreción a partir de algo como la masa de una estrella grande.
“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”, dice Maiolino.
“Las galaxias muy tempranas eran extremadamente ricas en gas, por lo que habrían sido como un buffet para los agujeros negros”.
La galaxia en cuestión es una que hemos visto antes. Se llama GN-z11 y fue identificada hace varios años a partir de observaciones del Hubble como la galaxia más antigua que hemos visto en el Universo: su luz ha viajado durante 13.400 millones de años para llegar a nosotros (el Big Bang ocurrió hace unos 13.800 millones de años). Desde entonces, ese récord se ha superado gracias a las observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST), pero GN-z11 está lejos de estar terminado.
JWST se lanzó después del descubrimiento de GN-z11 y ofrece un nivel de sensibilidad sin precedentes para ver el Universo distante. Entonces Maiolino y su equipo utilizaron el nuevo telescopio espacial para obtener una visión mucho más detallada de GN-z11 que la que el Hubble podría proporcionar para ver lo que podría estar acechando en el corazón de la galaxia distante.
Las observaciones del JWST capturaron un espectro de la galaxia que los investigadores desglosaron en un análisis detallado para ver cómo se producía la luz de GN-z11. Y en el espectro encontraron señales de acreción, el proceso por el cual los agujeros negros devoran materia.
Es notorio que los agujeros negros no producen luz por sí mismos. En una cierta proximidad al centro del agujero negro conocida como horizonte de sucesos, la gravedad se vuelve tan fuerte que la luz no es lo suficientemente rápida como para escapar de su atracción. Pero fuera del horizonte de sucesos, la materia se arremolina y se agita en el entorno extremo que rodea al agujero negro.formando un disco que lo alimenta.
Ese disco de acreción arde absolutamente con luz, calentado por la gravedad y la fricción para dominar la luz de su galaxia anfitriona. Esa, descubrieron los investigadores, es la fuente de luz que ilumina el GN-z11.
De hecho, el agujero negro se está alimentando a un ritmo tan rápido que es probable que acabe con la galaxia bebé: a medida que se alimenta, un agujero negro comienza a emanar poderosos vientos nucleares eso eventualmente eliminará todo el gas de formación de estrellas en la galaxia, lo que dará como resultado un objeto inactivo que se desplaza pacíficamente por el espacio, formando muy pocas estrellas nuevas.
Los investigadores creen que GN-z11 es una galaxia muy pequeña, alrededor de 100 veces más pequeña que la Vía Láctea. Al ritmo que parece estar alimentándose su agujero negro, el gas no tardaría mucho en ser arrastrado hacia el espacio intergaláctico. En el proceso, esto cortaría el crecimiento del agujero negro, ya que elimina cualquier material que pueda utilizar como “alimento”.
El tamaño del agujero negro es demasiado masivo para haberse formado a partir de algo del tamaño de una estrella en los 400 millones de años transcurridos desde el Big Bang; pero puede unirse al club en ese sentido. Los astrónomos creen que en el Universo temprano, los agujeros negros podrían haberse formado directamente a partir del colapso gravitacional de enormes acumulaciones de materia.
Además, como todas las galaxias parecen tener un agujero negro en su centro, es razonable pensar que cualquier galaxia anterior detectada con JWST también los tendrá.
Pero GN-z11 es el primero confirmado y medido hasta ahora en los albores del Universo, durante un tiempo conocido como el Época de reionización. Antes de esta era, el espacio era opaco; Sólo cuando la materia se reionizó, el espacio se volvió transparente y la luz pudo fluir libremente.
Una de las cuestiones candentes de la cosmología es la fuente de la radiación ionizante. GN-z11 sugiere que los agujeros negros tuvieron un papel que desempeñar.
“GN-z11 es la primera de estas galaxias hiperluminosas [in the early Universe] ser confirmado espectroscópicamente, y para el cual un análisis espectroscópico tan detallado ha sido factible”, escriben los investigadores en su artículo.
“El escenario de núcleo galáctico activo revelado por nuestro análisis proporciona una explicación natural para la luminosidad excepcional de GN-z11. Si esto es representativo de la clase más amplia de galaxias luminosas descubiertas [in the early Universe] por JWST, entonces aliviaría en gran medida la tensión con modelos y simulaciones, y podría sugerir un papel más importante de los núcleos galácticos activos en la reionización del Universo”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.