Un objeto que acecha en el brumoso amanecer del Universo ha dado una gran sorpresa a los astrónomos.
Las observaciones recopiladas a través del Telescopio Espacial James Webb han revelado un agujero negro supermasivo activo de 9 millones de veces la masa del Sol, uno que está creciendo activamente a medida que absorbe materia del espacio que lo rodea.
Aproximadamente 570 millones de años después del Big Bang, este es el primer agujero negro supermasivo en crecimiento detectado hasta el momento, aunque los científicos esperan que no mantenga el récord por mucho tiempo.
El agujero negro se encontró dentro de una de las primeras galaxias jamás detectadas, anteriormente conocida como EGSY8p7 y desde entonces renombrado CEERS 1019. Su descubrimiento podría ayudar con uno de los mayores desafíos del Universo primitivo: cómo los agujeros negros en el Amanecer Cósmico crecieron a tamaños tan grandes en tan poco tiempo.
Un artículo que detalla el descubrimiento dirigido por la astrofísica Rebecca Larson de la Universidad de Texas en Austin aparece en una edición especial de El diario astrofísico.
“Encontramos el núcleo galáctico activo (AGN) más distante y el agujero negro más temprano y distante que jamás hayamos encontrado”, dijo Larson a Heaven32.
larson era inicialmente observando CEERS 1019 como parte de su trabajo de investigación de la luz producida por la formación estelar en el Universo primitivo.
Esta luz, llamada Emisión Lyman-alfa, se cree que es generado por la ionización de hidrógeno neutro por la actividad de formación estelar. El Universo primitivo estaba lleno de una niebla de hidrógeno neutro, que impidió que la luz se propagara; fue solo después de que este hidrógeno se ionizó que la luz pudo fluir libremente.
Esta Época de Reionización, como se la conoce, no se entiende completamente. Sabemos que tuvo lugar en los primeros mil millones de años después del Big Bang hace 13.800 millones de años, pero es realmente difícil ver eso en el Universo primitivo. CEERS 1019 y un puñado de otras galaxias súper tempranas son objetivos excelentes para esta investigación, porque son relativamente brillantes.
la galaxia estaba identificado en los datos del Hubble en 2015y en ese momento, fue la galaxia más antigua y distante observada.
Las observaciones posteriores confirmaron su existencia, pero la información más detallada siguió siendo esquiva: la luz más temprana del Universo se ha desplazado tanto hacia la parte infrarroja del espectro debido a la expansión del Universo que se necesita un instrumento infrarrojo potente y dedicado como JWST para probarlos.
Entonces, cuando apareció JWST, CEERS 1019, la más brillante de las galaxias del Hubble de esta época, era un objetivo obvio. El telescopio observó la galaxia durante solo una hora, con sus cuatro instrumentos, pero arrojó una gran cantidad de datos.
“En ese momento pensé, wow, mira todo lo que podemos ver con JWST, hemos visto toda esta porción del espectro de esta galaxia, y cualquier galaxia temprana en el Universo, que nunca antes habíamos visto. Larson le dijo a Heaven32.
“Estaba abrumado por la cantidad de información”.
Pero entonces Larson notó algo que no esperaba. Además de la luz de la formación estelar, había una amplia característica de emisión, generalmente asociado con AGN. Cuando se lo mencionó a algunos investigadores de AGN, las cosas empezaron a ponerse interesantes.
Por lo general, una galaxia en el Universo primitivo emite luz de un AGN o luz de la formación estelar. Ver a ambos en la misma galaxia fue extremadamente inesperado.
“Estaba tan sorprendido como todos”, dijo Larson.
“Tuvimos toda esta discusión durante semanas, sobre cuál debería ser, si debería ser uno u otro. Y resulta que son ambos. Hay cierto impacto que el agujero negro está teniendo en las líneas de emisión que nosotros estamos viendo, pero la mayor parte de la luz que vemos en nuestras imágenes todavía está dominada por la parte de formación estelar de la galaxia”.
Que existió un agujero negro supermasivo hace más de 13.200 millones de añosy se vio crecer, no es tan sorprendente como se podría pensar.
Se han detectado agujeros negros mucho más grandes en el Universo primitivo; J1342+0928, una galaxia cuásar detectada 690 millones de años después del Big Bang, tiene un agujero negro supermasivo con 800 millones de soles. El agujero negro en J0313-1806670 millones de años después del Big Bang, se midió en 1.600 millones de soles.
Ambos cuásares están dominados por emisiones AGN. Lo que CEERS 1019 parece representar, creen 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”, dijo Larson.
“Entonces, lo que encontramos es lo que creemos que podría ser el progenitor o lo que se convirtió en estos cuásares increíblemente masivos”.
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 del Universo.
Estas estrellas eran mucho, mucho más grandes que las estrellas que tenemos hoy, por lo que el agujero negro de tal colapso habría tenido una ventaja en su camino hacia convertirse en supermasivo.
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Pero aún necesitaría un poco de impulso. Esto podría haber venido en forma de acumulación periódica de super-Eddington. El límite de Eddington es la tasa máxima sostenible a la que pueden crecer los agujeros negros. El material se arremolina alrededor de un agujero negro en un disco, alimentándose en el agujero negro como el agua por un desagüe.
Por encima del límite de Eddington, el material se mueve tan rápido que, en lugar de dar vueltas alrededor del agujero negro, sale volando hacia el espacio. La acumulación de Super-Eddington solo es posible por períodos cortos; pero, según el modelo del equipo, podría ser posible en ráfagas que ayudaron a hacer crecer el agujero negro en el centro de CEERS 1019.
“No estamos acostumbrados a ver tanta estructura en las imágenes a estas distancias”, dice el miembro del equipo CEERS y astronomía Jeyhan Kartaltepe del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York.
“Una fusión de galaxias podría ser en parte responsable de impulsar la actividad en el agujero negro de esta galaxia, y eso también podría conducir a una mayor formación de estrellas”.
Pero la mejor manera de aprender más sobre ellas es encontrar más galaxias intermedias, y esto parece extremadamente factible.
Como señala Larson, los resultados provinieron de solo una hora de observaciones. Se espera que las observaciones verdaderamente profundas revelen galaxias más distantes e incluso más débiles que finalmente nos ayuden a comprender cómo nació el Universo y cómo creció.
“No creo que mi récord se mantenga por mucho tiempo”, dijo Larson. “Y espero que no sea así, porque creo que eso es más emocionante, que estamos comenzando a responder estas preguntas”.
El descubrimiento ha sido publicado en una edición especial de El diario astrofísico.
Una versión anterior de este artículo se publicó en marzo de 2023.