El agujero negro supermasivo es 40 millones de veces más masivo que el Sol y alimenta un quásar que existió 700 millones de años después del Big Bang.
Esta ilustración muestra un agujero negro supermasivo en el universo primitivo. (Crédito: Roberto Rol con Bing Images Create)
Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto un agujero negro supermasivo "extremadamente rojo" que crece en el oscuro universo temprano.
El tono rojo del agujero negro supermasivo, visto tal como era unos 700 millones de años después del Big Bang, es el resultado de la expansión del universo. A medida que el universo se expande en todas direcciones, la luz que viaja hacia nosotros se "desplaza al rojo", y la luz desplazada al rojo en este caso indica una capa de gas espeso y polvo que envuelve el agujero negro.
Al examinar los datos del JWST, el equipo de astronomía dirigido por Lukas Furtak y Adi Zitrin de la Universidad Ben-Gurion del Negev también pudo determinar la masa del agujero negro supermasivo. Con alrededor de 40 millones de veces la masa del Sol, es inesperadamente masivo en comparación con la galaxia en la que reside.
El equipo también descubrió que el agujero negro supermasivo, que se encuentra a unos 12,9 mil millones de años luz de la Tierra, se está alimentando rápidamente del gas y el polvo que lo rodea. En otras palabras, está creciendo.
"Estábamos muy entusiasmados cuando JWST comenzó a enviar sus primeros datos. Estábamos escaneando los datos que llegaron para el programa UNCOVER, y tres objetos muy compactos pero de color rojo se destacaron y llamaron nuestra atención", dijo Furtak en un comunicado. "Su apariencia de 'punto rojo' nos llevó inmediatamente a sospechar que se trataba de un objeto parecido a un cuásar".
Los 'tres puntos rojos':
Los cuásares se crean cuando grandes cantidades de materia rodean agujeros negros supermasivos como este. Esta materia forma un disco de gas y polvo llamado disco de acreción que alimenta gradualmente el agujero negro. La inmensa influencia gravitacional del agujero negro agita esta materia, generando intensas temperaturas y haciendo que brille.
Además, la materia que no cae en el agujero negro supermasivo se canaliza hacia los polos del titán cósmico. Las partículas en estas regiones se aceleran a velocidades cercanas a la de la luz como chorros altamente colimados. A medida que estos chorros relativistas estallan, las erupciones van acompañadas de brillantes emisiones electromagnéticas.
Como resultado de estos fenómenos, los quásares impulsados por agujeros negros supermasivos en núcleos galácticos activos (AGN) suelen ser tan brillantes que la luz que emiten a menudo eclipsa la luz combinada de cada estrella de la galaxia que los rodea.
La gran cantidad de radiación que se emite alrededor de este agujero negro supermasivo en particular hizo que adquiriera una pequeña apariencia puntiaguda en los datos del JWST.
"El análisis de los colores del objeto indicó que no se trataba de una galaxia típica de formación de estrellas. Esto apoya aún más la hipótesis de un agujero negro supermasivo", dijo en el comunicado Rachel Bezanson, de la Universidad de Pittsburgh y codirectora del programa UNCOVER. "Junto con su tamaño compacto, se hizo evidente que probablemente se trataba de un agujero negro supermasivo, aunque todavía era diferente de otros quásares encontrados en aquellos primeros tiempos".
El quásar primitivo no habría sido visible ni siquiera para el potente ojo infrarrojo del JWST sin un poco de ayuda de un efecto predicho por Albert Einstein en 1915.
La lente de Einstein:
La teoría de la relatividad general de Einstein sugiere que los objetos de masa deforman la estructura misma del espacio y el tiempo, que están verdaderamente unidos como una sola entidad llamada "espaciotiempo". La teoría continúa diciendo que la gravedad surge como resultado de esa curvatura. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más "extrema" es la curvatura del espacio-tiempo.
Por lo tanto, esta curvatura no solo les dice a los planetas cómo moverse alrededor de estrellas y estrellas y cómo moverse alrededor de los centros de sus galaxias de origen, sino que también cambia las trayectorias de la luz proveniente de esas estrellas.
Cuanto más cerca del objeto de masa viaja la luz, más "doblada" es su trayectoria. Por lo tanto, un primer plano u "objeto de lente" puede desviar diferentes trayectorias de luz de un único objeto de fondo y cambiar la apariencia de la ubicación del objeto de fondo. A veces, el efecto puede incluso hacer que el objeto de fondo aparezca en varios lugares de la misma imagen del cielo. Otras veces, la luz del objeto del fondo simplemente se amplifica y ese objeto se magnifica.
Este fenómeno se conoce como "lente gravitacional".
En este caso, el JWST utilizó un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744 como cuerpo de lente de primer plano para amplificar la luz de las galaxias de fondo, que de otro modo estarían demasiado distantes para ver. Esto reveló el quásar extremadamente rojo en el que se concentraron, originalmente en forma de tres puntos rojos.
"Usamos un modelo de lentes numérico que habíamos construido para el cúmulo de galaxias para determinar que los tres puntos rojos tenían que ser múltiples imágenes de la misma fuente de fondo, vistas cuando el universo tenía sólo unos 700 millones de años", dijo Zitrin.
Un análisis más detallado de la fuente de fondo reveló que su luz debe haber venido de una región compacta.
"Toda la luz de esa galaxia debe caber dentro de una pequeña región del tamaño de un cúmulo de estrellas actual. La ampliación de la lente gravitacional de la fuente nos dio límites exquisitos en el tamaño", dijo en el artículo Jenny Greene, miembro del equipo e investigadora de la Universidad de Princeton. declaración. "Incluso agrupando todas las estrellas posibles en una región tan pequeña, el agujero negro termina siendo al menos el 1% de la masa total del sistema".
El descubrimiento aumenta aún más el misterio de cómo los agujeros negros supermasivos, que pueden ser millones (o incluso miles de millones) de veces más masivos que el Sol, crecieron hasta alcanzar tamaños tan enormes durante la infancia del universo.
"Se ha descubierto que otros agujeros negros supermasivos en el universo primitivo muestran un comportamiento similar, lo que conduce a algunas vistas intrigantes del crecimiento del agujero negro y de la galaxia anfitriona, y de la interacción entre ellos, que no se comprende bien", dijo Greene.
El JWST ha detectado una gran cantidad de "pequeños puntos rojos" a lo largo del tiempo. Esto también podría indicar que se están alimentando cuásares impulsados por agujeros negros supermasivos en el universo temprano, lo que tal vez signifique que pronto podría resolverse un sorprendente enigma sobre el crecimiento de los agujeros negros.
"En cierto modo, es el equivalente astrofísico del problema del huevo y la gallina", concluyó Zitrin. "Actualmente no sabemos qué surgió primero: la galaxia o el agujero negro, qué tan masivos fueron los primeros agujeros negros y cómo crecieron".
La investigación del equipo fue publicada el 14 de febrero en la revista Nature.
