Uno de los grandes enigmas de la evolución del universo está en los agujeros negros supermasivos. ¿Cómo pudieron crecer tan rápidamente? Un grupo de investigadores ha observado que el festín de material de esos agujeros negros comenzó poco después del Big Bang…
Estudiando quásares para descubrir agujeros negros en un festín
A día de hoy, sabemos que todas las galaxias grandes tienen un agujero negro supermasivo en su centro. En ocasiones, incluso, más de uno, si nos encontramos ante galaxias en pleno proceso de colisión. Sin embargo, sus masas, como mínimo millones de veces superior a la del Sol, son todo un dilema. ¿Cómo pudieron crecer tan rápidamente en las primeras etapas del universo? La teoría dice que no debería haber suficiente material, ni un mecanismo tan rápido, como para permitir que creciesen hasta alcanzar esas dimensiones.
Sin embargo, están ahí, podemos verlos y, por tanto, su existencia está fuera de toda duda, lo que obliga a encontrar una explicación sobre su tamaño. Para ello, es necesario remontarse a las primeras etapas del universo. A intentar entender cómo eran las condiciones en las primeras galaxias. Un agujero negro supermasivo puede brillar intensamente, si está en pleno proceso de absorber material. Cuando sucede, nos encontramos ante un quásar, y pueden ser objetos extremadamente brillantes. Su brillo se impone al de la propia galaxia.
Ese brillo permite que puedan ser observados a distancias enormes. Un grupo de investigadores ha recurrido al Telescopio Muy Grande, en Chile, para estudiar a más de 12 500 millones de años-luz. Es decir, observándolas tal y como eran algo más de 1000 millones de años tras el Big Bang. ULAS J1342+0928, a 13 100 millones de años-luz, es el quásar más distante conocido. Ya estaba en pleno funcionamiento cuando el universo apenas tenía 700 millones de años. Apenas unos cientos de millones de años antes, debieron formarse las primeras estrellas.
¿Suficiente material para tantos objetos masivos?
Esto plantea un dilema. Esas primeras estrellas, lógicamente, debieron formarse a partir de las nubes de hidrógeno contenidas en una galaxia. Al mismo tiempo, ese mismo hidrógeno tenía que alimentar, también, a los incipientes agujeros negros. Algo que haría pensar que o uno u otro (agujeros negros o estrellas) no tendría suficiente material para crecer hasta los tamaños esperados. Además, los primeros agujeros negros supermasivos debieron crecer muy rápidamente tras la muerte de esas primeras estrellas.
Con la ayuda del instrumento MUSE, los investigadores han estudiado 31 quásares a más de 12 500 millones de años-luz. Es uno de los estudios más grandes, por cantidad de quásares analizados, de las primeras etapas del universo. En esas observaciones, encontraron 12 nubes de hidrógeno muy densas y extensas. Fueron reconocidas por su brillo en el espectro ultravioleta, que en la Tierra, por el efecto de la distancia y la expansión del universo, era observado como un tenue brillo rojo. Estas nubes tenían unas dimensiones monstruosas.
Su masa era de miles de millones de veces la masa del Sol, y formaban coronas alrededor de esas primeras galaxias. En algunos casos, extendiéndose a más de 100 000 años-luz de los agujeros negros centrales. Hasta ahora, no había sido posible detectar este tipo de nubes alrededor de quásares, pero la sensibilidad del instrumento MUSE ha hecho que sea posible. El hallazgo es muy interesante porque plantea que, en realidad, sí había material más que suficiente tanto para el desarrollo de las primeras estrellas como de los agujeros negros.
Un festín de hidrógeno para el crecimiento de los agujeros negros
Los investigadores estudiaron esas nubes de hidrógeno con calma, determinando que estaban unidas a sus respectivas galaxias y, por tanto, eran una receta perfecta. Había suficiente material para permitir una formación de estrellas muy rápida y, además, posibilitar que los agujeros negros pudiesen crecer hasta convertirse en agujeros negros supermasivos. No solo eso, estas observaciones podrían convertirse en la respuesta definitiva para explicar cómo pudieron desarrollarse tan rápidamente. Simplemente, había mucho material.
A fin de cuentas, los investigadores han determinado que las primeras galaxias eran muy ricas en nubes de hidrógeno. Tenían una cantidad de material enorme, que podía permitir la formación rápida de estrellas muy masivas como, además, el crecimiento de agujeros negros a un ritmo altísimo. Sirve para entender, también, cómo era el universo hace más de 12 000 millones de años. Nos deja imaginar un universo diferente al que podemos encontrar en nuestro alrededor. Esas nubes de hidrógeno, tan masivas, no están presentes en nuestro entorno.
Sea como fuere, parece que estamos destinados a dar con la respuesta en los próximos años. Los investigadores esperan seguir estudiando estas viejas nubes de hidrógeno, con más detalle, en los próximos años. La llegada de los nuevos telescopios, como el Telescopio Extremadamente Grande, o el James Webb, ofrecerán una capacidad de detección incluso mayor que lo que ya permite el Telescopio Muy Grande. Con su ayuda, será cuestión de tiempo que tengamos un cuadro mucho más detallado, y complejo, de la infancia del universo…
Estudio
El estudio es E. Farina, F. Arrigoni-Battaia, T. Costa et al.; «The REQUIEM Survey I: A Search for Extended Ly–Alpha Nebular Emission Around 31 z > 5.7 Quasars.». Publicado en la revista The Astrophysical Journal el 20 de diciembre de 2019. Puede ser consultado en este enlace.
Referencias: ESO, Universe Today
