Un grupo de astrónomos ha descubierto «agujeros negros supermasivos envueltos en polvo» en la infancia del universo. Algo muy importante porque se trata de objetos vistos tal y como eran cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Hasta ahora, estos objetos habían pasado desapercibidos…
Los sorprendentes agujeros negros supermasivos en la infancia del universo
Un equipo de investigadores ha logrado identificar las primeras galaxias candidatas, con el telescopio Subaru y confirmadas después con el telescopio James Webb. Son galaxias que albergan agujeros negros supermasivos, que brillan como quásares, mientras consumen la materia a su alrededor. Esto supone el primer descubrimiento de estos quásares brillantes, pero ocultos, en la infancia del universo. El hallazgo desvela que los quásares brillantes son, como mínimo, el doble de comunes de lo que se pensaba hasta el momento.
En el presente, 13 800 millones de años después del Big Bang, casi todas las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus centros, con masas millones de veces la del Sol. Estos agujeros negros permanecen durmientes la mayoría del tiempo, pero cuando acretan (es decir, devoran) materia de su entorno, emiten una radiación muy intensa y se convierten en potentes objetos, llamados quásares. La intensa radiación de un quásar, se cree, afecta enormemente al crecimiento y evolución de su galaxia al expulsar el gas que contiene.
Como las galaxias nos cuentan la evolución del universo visible, entender los agujeros negros supermasivos es clave para descifrar cómo se moldeó el universo hasta llegar a lo que vemos hoy en día. Pese al papel clave de los agujeros negros supermasivos, sigue habiendo un gran misterio sobre su formación. Muchos agujeros negros supermasivos existían en la infancia del cosmos, cuando tenía apenas 1000 millones de años. Algo que implica que su formación debió ocurrir incluso antes. Por este motivo, se han realizado extensas búsquedas de quásares en esa época.
El universo durante el amanecer cósmico
A eses período, cuando el universo tenía menos de 1000 millones de años, se la conoce también como el «Amanecer Cósmico». Una pista importante para entender su mecanismo de formación es su densidad numérica. Es decir, la cantidad de agujeros negros supermasivos por unidad de volumen del espacio. Si la cifra es alta, debieron formarse con relativa frecuencia y en muchos lugares. Quizá fuesen los restos de las estrellas de primera generación. Del mismo modo, una cifra baja sugeriría una formación bajo condiciones especiales.
En ese caso, el mecanismo sería el colapso directo de objetos masivos, debido a su propia gravedad, que formaría los agujeros negros iniciales. Cuando un agujero negro supermasivo está activo como quásar, brilla con tanta fuerza que puede detectarse a grandes distancias. Por lo que es posible estudiarlos en la infancia del universo. En la luz de un quásar se puede observar una «linea ancha de emisión», ampliada por el efecto Doppler del gas que orbita a alta velocidad alrededor del agujero negro central. Detectar esa emisión es muy importante.
Es una señal definitiva de que se ha descubierto un agujero negro supermasivo activo en una galaxia. En investigaciones anteriores, ya se había utilizado este método para descubrir quásares en el Amanecer Cósmico. El equipo de este estudio se ha unido a esa misma tarea, con el telscopio Subaru, y ha descubierto más de 200 quásares. Sin embargo, las encuestras astronómicas convencionales se enfrentan a límites por la tecnología de observación. Los quásares se identificaban al utilizar la luz ultravioleta que emiten.
La dificultad de descubrir quásares y los agujeros negros supermasivos en la infancia del universo
Esa luz aparece en el espectro visible desde la Tierra. La luz ultravioleta es abosrbida con facilidad por el polvo, y muchas galaxias contienen mucho polvo. Cuando un quásar reside en una galaxia así, su luz ultravioleta queda principalmente absorbida por ese polvo y no llega hasta nosotros. Esto había provocado sospechas sobre que los quásares descubiertos en encuestas tradicionales no eran más que una pequeña fracción de la auténtica población, y que muchos estaban ocultos por polvo. El equipo se centró en las galaxias más brillantes descubiertas en una encuesta astronómica del telescopio Subaru.
Estas galaxias se descubrieron inicialmente al buscar quásares pero, como no contenían señales de líneas de emisión anchas, no se consideró que lo fuesen. Sin embargo, sí había pistas de una fuente potente de energía. Durante años, se ha pensado que esas galaxias podrían tener quásares ocultos. Con la llegada del telescopio James Webb, ha sido posible estudiar estas galaxias de nuevo en el espectro infrarrojo. Las observaciones no dejan dudas. Siete de esas galaxias muestran señales claras de la actividad de un quásar.
En observaciones recientes del telescopio James Webb, se han descubierto multitud de objetos llamados «Little Red Dots» (Pequeños puntos rojos). Muchos de ellos muestran líneas de emisión anchas. Se cree que albergan agujeros negros, pero mucho más tenues que los quásares que se habían descubierto anteriormente. Por contra, este estudio ha desvelado los primeros ejemplos de agujeros negros supermasivos, en el Amanecer Cósmico, que son tan luminosos como los quásares convencionales, pero han quedado oscurecidos por el polvo a su alrededor.
Las implicaciones de este descubrimiento
Un vistazo más detallado de su espectro de luz desvela que estos quásares emiten la energía equivalenet a billones de estrellas como el Sol. Están alimentados por agujeros negros con masas de unos cuantos miles de millones de veces la de nuestra estrella. Estos valores son comparables a los de quásares ordinarios (que no están ocultos por polvo), que se han observado en esa misma época. El equipo, además, ha descubierto que el polvo absorbe alrededor del 70% de la luz visible y casi toda (el 99,9%) de la luz ultravioleta de esos quásares.
Esto explica por qué habían pasado desapercibidos en encuestas astronómicas anteriores. Al comparar la densidad numérica de los quásares, concluyen que aquellos oscurecidos por el polvo son tan comunes como los convencionales. Esto lo que quiere decir, por tanto, es que los quásares brillantes en la infancia del universo son, al menos, el doble de lo que se pensaba anteriormente. Los investigadores destacan que este hallazgo no hubiera sido posible sin la combinación de las capacidades de observación de los telescopios Subaru y James Webb.
Ahora, tienen en mente dos direcciones para sus investigaciones. Primero, quieren profundizar en los quásares oscurecidos para ver si son diferentes de los convencionales. Con James Webb, podrán entender mejor las condiciones físicas alrededor de esos agujeros negros. Con el radiotelescopio ALMA, estudiarán las galaxias que los albegan. Segundo, quieren expandir la búsqueda de agujeros negros a una población de galaxias más amplia, incluyendo otras menos brillantes, para entender la variedad completa de agujeros negros en la infancia del cosmos… Y las observaciones con James Webb comenzarán en 2026.
Estudio
El estudio es Y. Matsuoka, M. Onoue, K. Iwasawa et al.; «SHELLQs. Bridging the Gap: JWST Unveils Obscured Quasars in the Most Luminous Galaxies at z > 6″. Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 14 de julio de 2025. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Phys
