Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST) de NASA/ESA/CSA, los científicos han confirmado la presencia de un agujero negro supermasivo en crecimiento activo en una galaxia observada sólo 570 millones de años después del Big Bang. Es un agujero negro voraz que devora materia y crece a un ritmo inesperadamente alarmante.
El agujero negro supermasivo se encuentra en la antigua y distante galaxia CANUCS-LRD-z8.6. Aunque su nombre es complicado, la Vía Láctea forma parte de una categoría más amplia. La galaxia «Pequeño Punto Rojo» (LRD). Estas galaxias «tentadoras» son misteriosas y difíciles de estudiar a pesar de ser sorprendentemente numerosas.
El principal desafío que enfrentan los LRD es que son demasiado viejos y están demasiado lejos. Por ejemplo, CANUCS-LRD-z8.6 se observó sólo 570 millones de años después del Big Bang. Como era de esperar, era inusualmente débil incluso para la innovadora sensibilidad y capacidades de imagen de Webb.
Utilizando el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb, los investigadores pudieron observar la luz muy tenue de galaxias distantes y encontrar la firma espectral de los agujeros negros en acreción. La acreción es el proceso en el que un agujero negro consume activamente materia y crece. La misma información espectral también proporciona información clave sobre la masa del agujero negro, que es inusualmente alta para un agujero negro en las primeras etapas del universo. Además, la galaxia tiene relativamente pocos elementos pesados.
«Esta combinación lo convierte en un tema de investigación interesante», afirma la Agencia Espacial Europea explicar.
NIRSpec también permite a los científicos medir la emisión de energía de las galaxias en diferentes longitudes de onda, proporcionando información sobre sus propiedades físicas. A partir de ahí, el equipo pudo determinar la masa de las estrellas de la galaxia y compararla con la masa del agujero negro de la galaxia.
«Estas observaciones son del estudio CANUCS (#1208, PI: CJ Willott). El estudio utilizó instrumentación avanzada de Webb, incluyendo NIRCam, NIRISS y NIRSpec, que captura imágenes detalladas y espectros de cúmulos de galaxias masivas en luz infrarroja. Debido a la forma en que funciona el instrumento Webb, para cada cúmulo el estudio apunta a «campos paralelos» en el centro del cúmulo (donde se concentran las galaxias más grandes y brillantes) y en regiones adyacentes dentro del cúmulo.
«Los datos que recibimos de Webb son absolutamente cruciales», afirmó el Dr. Nicholas Martis, colaborador e investigador de la FMF de la Universidad de Ljubljana. «Las firmas espectrales reveladas por Webb proporcionan signos claros de acumulación de agujeros negros en los centros de las galaxias que no se podían observar con técnicas anteriores. Aún más sorprendente es que los agujeros negros de las galaxias son excesivamente masivos en comparación con la masa de sus estrellas. Esto sugiere que los agujeros negros en el universo temprano pueden haber crecido mucho más rápido que las galaxias en las que residen».
Los astrónomos han observado previamente que la masa de un agujero negro supermasivo está relacionada con la masa de su galaxia anfitriona. A medida que una galaxia crece, también lo hace su agujero negro central.
Sin embargo, si bien CANUCS-LRD-z8.6 es la galaxia anfitriona más grande en su rango de edad (al menos descubierta hasta ahora), el agujero negro supermasivo en su centro es sorprendentemente masivo. Va en contra de la relación típica entre galaxias anfitrionas y agujeros negros.
El descubrimiento sugiere que los agujeros negros supermasivos pueden haberse formado de manera diferente en el universo primitivo.
«Este descubrimiento es un paso apasionante hacia la comprensión de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos del universo», explica la profesora Maruša Bradač, líder del equipo de investigación de la Universidad de Liubliana. «El crecimiento inesperadamente rápido de los agujeros negros en esta galaxia plantea dudas sobre el proceso por el cual objetos tan masivos aparecieron tan temprano. A medida que continuamos analizando los datos, esperamos encontrar más galaxias como CANUCS-LRD-z8.6, que pueden proporcionarnos una comprensión más profunda de los orígenes de los agujeros negros y las galaxias».
El equipo está planeando observaciones adicionales utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio Espacial Webb para estudiar más a fondo CANUCS-LRD-z8.6 y su desconcertante agujero negro supermasivo.
El artículo de investigación relacionado «Propiedades extremas de los anfitriones de agujeros negros en acreción compactos y masivos dentro de los primeros 500 Myers» es Publicado hoy en naturaleza.
Fuente de la imagen: ESA/Webb, NASA y CSA, G. Rihtaršič (Universidad de Ljubljana, FMF), R. Tripodi (Universidad de Ljubljana, FMF)
