¿Cómo se formaron los agujeros negros supermasivos?

Por lo que sabemos, todas las galaxias grandes tienen, en su centro, un agujero negro supermasivo. Nuestra galaxia no es una excepción. Sin embargo, a pesar de su ubicuidad a lo largo y ancho del universo, nadie tiene excesivamente claro cuál es su origen…

Bestias cósmicas

Concepto artístico de lo que podría ser un agujero negro supermasivo en proceso de formación. Crédito: NASA/CXC/M. Weiss

Concepto artístico de lo que podría ser un agujero negro supermasivo en proceso de formación.
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss

Los agujeros negros supermasivos están detrás de algunos de los objetos más luminosos que podemos observar en el Universo, capaces de expulsar radiación de muy alta energía, y materia, a velocidades muy cercanas a la de la luz, probablemente esterilizando todo el espacio a su alrededor en una distancia de miles de años-luz. No son lugares a los convenga acercarse en exceso, aunque incluso en ese sentido son… extraños.

Explicar el origen de un agujero negro de masa estelar es sencillo, provienen de estrellas suficientemente masivas que han llegado al final de su vida. Un agujero negro supermasivo, que tiene millones o miles de millones de veces la masa del Sol, es bastante más difícil de explicar. ¿Crecen a partir de un agujero negro de masa estelar que se alimenta de materia a un ritmo elevadísimo, o se forman directamente en el colapso de las nubes de gas que dan origen a la formación de las galaxias? Es una de las preguntas más difíciles de responder para la astrofísica porque, al menos por ahora, nadie sabe cuál es la respuesta correcta.

Impresión artística del quásar ULAS J1120+0641, el más distante conocido (se encuentra a más de 12.900 millones de años luz, es decir, vemos como era tan solo 700 millones de años después del Big Bang).

Impresión artística del quásar ULAS J1120+0641, el más distante conocido (se encuentra a más de 12.900 millones de años luz, es decir, vemos como era tan solo 700 millones de años después del Big Bang).

Los agujeros negros supermasivos tienen millones o miles de millones de veces la masa del Sol. En todas las galaxias grandes hemos visto uno en el centro, y sabemos que se forman junto a su galaxia. Es decir, los agujeros negros supermasivos que podemos observar se formaron hace miles de millones de años, quizá a medida que se formaban las propias galaxias en las que se encuentran, y eso nos plantea interrogantes.

Como ya he comentado, en las primeras etapas del universo, las galaxias se formaron a partir de gigantescas nubes de gas, que colapsaron sobre su propia gravedad dando lugar al nacimiento de estrellas. Algunas de esas estrellas eran muy masivas, por lo que tuvieron una vida muy corta y explotaron al llegar al final de su secuencia principal, en un proceso que pudo tardar sólo unas decenas de millones de años. Al final de su vida, sus núcleos colapsaban dando lugar al nacimiento de agujeros negros que podrían tener 100 veces (o más) la masa del Sol. Así que esa podría ser una posible explicación. En el centro de cada galaxia había un agujero negro de masa estelar que se alimentó del gas que caía en el centro galáctico para adquirir un tamaño gigantesco.

Otra solución es que, quizá, el gas que dio lugar al nacimiento de la galaxia se acumuló en el centro y formó un agujero negro directamente, en cuyo caso su masa inicial hubiera sido mucho más elevada que la de un agujero negro de masa estelar, con una cantidad equivalente a unas 100.000 veces la masa del Sol.

Dos posibilidades

Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Si consideramos la primera posibilidad, que primero se formasen los agujeros negros de masa estelar en el centro de las galaxias, y éstos creciesen, tendríamos un problema…  El material que cae en un agujero negro suele formar un disco a su alrededor, que se calienta y brilla muy intensamente. Toda esa energía provoca que la llegada de más material se vea ralentizada y, por tanto, reduce la velocidad de crecimiento del agujero negro. Incluso en condiciones ideales, esto querría decir que no deberíamos encontrarnos con agujeros negros con masas de millones o miles de millones de veces la del Sol cuando el Universo tenía menos de mil millones de años de edad. Pero los hemos visto…

Así que la segunda posibilidad es más interesante. Resulta que un grupo de astrónomos italianos ha explicado que si el material de la nube de gas que estuviese colapsando, formando la galaxia, formase un agujero negro directamente (es decir, sin pasar por la fase de estrella), podría comenzar con una masa inicial de 100.000 veces la del Sol. En ese caso, sí sería posible que creciese hasta adquirir una masa de millones o miles de millones de veces la del Sol en tan sólo unos pocos cientos de millones de años. Para poder confirmar esta hipótesis, sin embargo, necesitamos encontrar esos agujeros negros formados a partir del colapso directo del gas y los astrónomos no saben qué aspecto podrían tener.

En esta imagen, en rayos X, puedes ver Sagitario A y la zona que lo rodea. Crédito: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff, R. Shcherbakov et al.

En esta imagen, en rayos X, puedes ver Sagitario A*, que debe contener el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea.
Crédito: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff, R. Shcherbakov et al.

Hay muchas cosas que pueden afectar a la apariencia de un agujero negro recién formado, así que recurrieron a un modelo teórico para determinar cómo emitiría luz un agujero negro de este tipo a medida que crece y concluyeron que la mejor forma de observarlos, si es que estaban en lo cierto, es viendo la luz que emiten en el espectro de rayos X e infrarrojos. Con la ayuda de los telescopio Hubble y Spitzer (que observan en el espectro infrarrojo) buscaron los candidatos más distantes que emitiesen luz según lo que ellos habían predicho.

La idea es sencilla, cuanto más lejos esté un objeto de nosotros, más cerca se encuentra de las etapas tempranas del universo (como ya he explicado alguna vez, cuando miramos a la profundidad del espacio, también estamos mirando atrás en el tiempo). Con estos telescopios tenemos la posibilidad de llegar a observar galaxias a tanta distancia de nosotros que las vemos cuando todavía estaban formándose.

Resultados intrigantes

Imagen del espacio profundo desde el Hubble. Todas esas galaxias que ves tienen estrellas que siguen ahí, y muchas otras que han nacido pero aún no hemos visto.

Imagen del espacio profundo desde el Hubble. Todas esas galaxias que ves tienen estrellas que siguen ahí, y muchas otras que han nacido pero aún no hemos visto.

Así que se pusieron manos a la obra y comenzaron con 35.000 objetos del catálogo de exploración CANDELS, del telescopio Hubble. Es un catálogo que contiene muchas galaxias muy distantes. De ahí, redujeron la lista a 2.000 objetos localizados a la distancia apropiada como para estar observándolos en el momento en el que los primeros agujeros negros estaban creciendo. Después, el siguiente paso fue buscar la emisión de rayos X de esos objetos.

Con la ayuda del observatorio de Rayos X Chandra, que también había analizado la región del catálogo CANDELS, encontraron que, entre los miles de galaxias candidatas, había dos que también emitían rayos X en la manera que esperaban. Dos galaxias que encajen no es que sea una cifra mareante, ni siquiera es suficiente para darle validez a la hipótesis y convertirla en teoría, pero sí es suficiente para demostrar que puede que su idea no esté demasiado desencaminada. El simple hecho de haber encontrado objetos, que encajan con su predicción, implica que es posible que los agujeros negro ssupermasivos pudieron formarse directamente a partir del colapso de parte de una nube de gas, sin necesidad de pasar por la fase de estrella.

Lo mejor de todo es que su método puede ser adaptado fácilmente para utilizar los datos del telescopio James Webb, que será lanzado el próximo 2018, y que tendrá la capacidad de ver muchas más galaxias, porque es notablemente más sensible que el telescopio Hubble o el telescopio Spitzer en el espectro infrarrojo. Estos agujeros negros supermasivos tienen un papel muy importante en el desarrollo y evolución de galaxias grandes, como la Vía Láctea. Así que entender su origen puede ser muy interesante para poder refinar nuestra comprensión del origen de la galaxia, así como su futura evolución.

Referencias: Bad Astronomy

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

También te podría gustar...

2 Respuestas

  1. Arnoldo De la Hoz dice:

    Leído.

  1. 12 julio, 2016

    […] Sin embargo, no somos capaces de explicar el momento anterior, ni explicar qué sucedía en ese punto infinitamente denso, caliente y pequeño, en el que se concentraba todo el material. Es lo que definimos como una singularidad. Cuando nos encontramos con una, las leyes de la física tal y como las conocemos dejan de funcionar al intentar aplicarlas ahí (otro lugar en el que nos enfrentamos a una singularidad es el interior de un agujero negro). […]

¡Comenta este artículo!

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

A %d blogueros les gusta esto: