El descubrimiento del agujero negro más antiguo conocido, que existía cuando el universo tenía 400 millones de años, es todo un rompecabezas. Los modelos que explican cómo evolucionan (y crecen) los agujeros negros no son capaces de explicar que pueda existir uno de estas características tan rápido.
El agujero negro más antiguo está en la galaxia GN-z11
El agujero negro es supermasivo y está en el centro de la galaxia GN-z11 (durante algún tiempo, fue la más lejana conocida). Con la ayuda del telescopio James Webb, un grupo de astrónomos ha logrado captar indicios de que está devorando a su propia galaxia. Es un mecanismo de crecimiento para los agujeros negros. En las observaciones del telescopio JWST, GN-z11 parece estar a 13 400 millones de años-luz. GN-z11 es una galaxia aproximadamente 1000 veces más pequeña que la Vía Láctea, pero con un núcleo tremendamente brillante.
Es una pista de que en el centro hay un agujero negro. Lo que se ve es el brillo del disco de acreción que lo rodea. De ese disco cae una inmensa cantidad al agujero negro, alimentándolo. El movimiento del material en el disco provoca que se caliente y que brille en el espectro ultravioleta. Eso es lo que se observa y se conoce como un núcleo galáctico activo. Un equipo de astrónomos, con la ayuda del telescopio James Webb, ha analizado el movimiento del material en la galaxia. Han descubierto la presencia de este agujero negro en la infancia del universo.
Supone un salto adelante tremendo. Es una época muy temprana, explican los investigadores, para ver un agujero negro con una masa tan alta. Por lo que es necesario tener en cuenta otros métodos para explicar cómo se pudo formar. Las galaxias tan jóvenes como GN-z11 eran muy ricas en gas. Así que los agujeros negros podrían haberse dado un banquete con todo ese material a su disposición. El problema es que hay un buen puñado de preguntas para las que no hay una respuesta clara, comenzando por cómo se formaron los agujeros negros.
Muchas lagunas en el conocimiento de los agujeros negros
Los modelos estándar sobre la creación de agujeros negros muestran que debieron necesitar un buen puñado de tiempo. Por lo que los agujeros negros supermasivos, como el detectado en el corazón de GN-z11, debieron necesitar mucho tiempo para crecer. Los agujeros negros supermasivos de estas galaxias debieron comenzar como agujeros negros de masa estelar. Es decir, producto de la muerte de una estrella masiva que, al final de su vida, dejó tras de sí un agujero negro. Si el origen del agujero en GN-z11 es este, de alguna manera, creció muchísimo.
Llegó a alcanzar los 6 millones de veces la masa del Sol. Sin embargo, hay una pega importante. Un agujero negro de masa estelar debería tardar unos 1000 millones de años en adquirir tanta masa. Las observaciones del telescopio James Webb muestran que el universo era demasiado joven. Así que falta una pieza en el rompecabezas y, quizá, los agujeros negros jóvenes crecieron mucho más rápido de lo que se cree. Quizá haya otra manera de que un agujero negro crezca tan rápido. La pista podría estar en su enorme frecuencia de alimentación.
Las galaxias jóvenes, como ésta, tienen mucho material para formar estrellas. En lugar de formar astros, también puede convertirse en material que sea incorporado por el agujero negro. De hecho, los investigadores han observado que el agujero negro de GN-z11 está absorbiendo materia mucho más rápido que cualquier agujero negro en galaxias mucho más modernas. Es algo que afecta a la formación de estrellas de la galaxia. El agujero negro, en realidad, está dañando a la galaxia en ese proceso de absorción de gas.
El impacto del agujero negro más antiguo en su galaxia
El agujero negro absorbe mucho gas y, además, expulsa el que hay en su entorno en un viento ultrarrápido. Esto detiene el proceso de formación de estrellas. Por lo que, en cierto modo, está acabando con su propia galaxia. Al menos hasta cierto punto, porque, naturalmente, ese proceso provoca que se quede sin material que consumir. En última instancia, los investigadores quieren lograr detectar las semillas de los primeros agujeros negros supermasivos. Estas semillas debieron formarse muy pronto, apenas 200 millones de años tras el Big Bang.
Las primeras galaxias se formaron bastante rápido y albergaban estrellas muy masivas que, seguramente, vivieron un puñado de millones de años. Al final de sus vidas, explotaron como supernovas y dejaron tras de sí agujeros negros de masa estelar. También se ha sugerido que la materia oscura ayudó a formar los primeros agujeros negros, al obligar a la materia, en regiones densas, a colapsar. Sea como fuere, esos primeros agujeros negros se vieron inmersos en las primeras colisiones de galaxias en el cosmos. Así que también se fusionaron entre sí.
De esta manera, nacerían agujeros negros más masivos. Por ello, se sospecha que los agujeros negros supermasivos crecieron por medio de la acreción, pero no solo de otros agujeros negros. También por la acreción del material en el interior de esas galaxias ricas en gas. En futuras observaciones, se espera encontrar más indicios de esas semillas de agujeros negros. Es posible que el de la galaxia GN-z11 no sea el agujero negro más antiguo durante mucho tiempo. En los próximos años, sin duda, habrá más noticias al respecto…
Estudio
El estudio es R. Maiolino, J. Scholtz, J. Wistok et al.; «A small and vigorous black hole in the early Universe». Publicado en la revista Nature el 17 de enero de 2024. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
