Hallan el agujero negro supermasivo más distante, muy cerca del Big Bang

El agujero negro pudo ser descubierto gracias a un fenómeno llamado 'lente gravitacional' que, como una enorme 'lupa cósmica', permite a los astrónomos observar objetos muy distantes como si estuvieran más cerca. Hace ya más de un siglo, Einstein predijo que los objetos masivos (planetas, estrellas, galaxias...) curvan el tejido del espaciotiempo de un modo similar a como una bola de hierro curva la superficie tensa de una sábana. Cuanto mayor es la masa, mayor es la curvatura.

Pero en este caso los astrónomos apuntaron el James Webb y el Chandra hacia algo todavía mucho más masivo que una galaxia, todo un grupo de ellas, el cúmulo Abell 2744, también conocido como el 'Cúmulo de Pandora'. Ubicado a 3.500 millones de años luz de distancia, este cúmulo es tan denso y masivo que deforma mucho el espacio tiempo, hasta el punto de convertirlo en una 'lente' que magnifica la luz de los objetos más distantes que tiene detrás. Entre esos objetos se encontraba la galaxia UHZ1, con su agujero negro supermasivo dentro.

«Necesitábamos el Webb para encontrar esta galaxia tan distante -explica Akos Bogdan, del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian y autor principal de un artículo que se publicará en 'Nature Astronomy' y que ya puede consultarse aquí- y a Chandra para encontrar su agujero negro supermasivo. También aprovechamos una lupa cósmica que aumentó la cantidad de luz que detectamos«.

Así, tras localizar la galaxia con el Webb, Bogdan y su equipo la observaron durante dos semanas con Chandra, y detectaron la presencia de un gas intenso y sobrecalentado emitiendo rayos X, la 'firma' que define a un agujero negro supermasivo en pleno proceso de crecimiento.

El descubrimiento es importante porque ayudará a comprender cómo algunos agujeros negros supermasivos pudieron alcanzar masas colosales tan poco tiempo después del Big Bang, uno de los mayores misterios a los que se enfrentan os cosmólogos. ¿Se formaron esos gigantes oscuros directamente a partir del colapso de enormes nubes de gas, creando de una sola vez agujeros negros con decenas, o incluso centenares de miles de veces la masa del Sol? ¿O fueron creciendo a partir de agujeros negros más pequeños, de entre 10 y 100 masas solares, formados tras la explosión de las primeras estrellas?

Lo cierto es que no sabemos exactamente cómo estos objetos consiguen volverse tan grandes, pero una cosa está muy clara: hay muchos más de ellos en el Universo primitivo de los que esperábamos, y son demasiado masivos como para haber tenido el tiempo suficiente de crecer a partir de algo del tamaño de una estrella en tan poco tiempo.

«Existen límites físicos sobre la rapidez con la que los agujeros negros pueden crecer una vez que se han formado -explica por su parte Andy Goulding, de la Universidad de Princeton, coautor del artículo de Nature y también autor principal de un segundo artículo sobre la galaxia UHZ1 aparecido en 'The Astrophysical Journal'- , pero los que nacen con mayor masa tienen una ventaja. Es como plantar un árbol joven, que tarda menos en crecer hasta convertirse en un árbol de tamaño completo que si se empieza sólo con una semilla«.

Según se explica en el artículo de Nature, el equipo de Bogdan ha encontrado pruebas contundentes de que el agujero negro recién descubierto ya nació siendo muy masivo. Basándose en el brillo y la energía de los rayos X, en efecto, los investigadores han estimado que su masa está entre los 10 y los 100 millones de soles. Un rango de masa similar al de todas las estrellas de la galaxia donde vive, lo que contrasta marcadamente con los agujeros negros en los centros de las galaxias del universo cercano, que normalmente contienen sólo alrededor de una décima parte de la masa total de la galaxia anfitriona.

La gran masa del agujero negro a una edad temprana, más la cantidad de rayos X que produce y el brillo de la galaxia detectado por Webb, concuerdan por lo tanto con las predicciones teóricas de 2017 del coautor Priyamvada Natarajan, de la Universidad de Yale, para un Agujero negro de gran tamaño y formado directamente a partir del colapso de una enorme nube de gas.

«Creemos que esta es la primera detección de un agujero negro que ya nació con un gran tamaño -afirma Natarajan- y la mejor evidencia obtenida hasta ahora de que algunos agujeros negros se forman a partir de enormes nubes de gas. Por primera vez estamos viendo la breve etapa de desarrollo en la que un agujero negro supermasivo pesa aproximadamente tanto como las estrellas de su galaxia, antes de quedarse atrás».

A partir de ahora, los investigadores planean seguir combinando los resultados del Webb con los de otros telescopios para formar una imagen más detallada del Universo durante las primeras etapas de su existencia. Y puede que para resolver algunos de los misterios aún sin resolver.