Descubren un agujero negro dormido con 6 mil millones de masas solares

Investigadores han identificado el agujero negro dormido más remoto conocido, con origen en los primeros tiempos del universo.

Durante años, los astrónomos han estudiado el universo temprano a través de cuásares, que son agujeros negros supermasivos activos que consumen materia y emiten gran cantidad de luz. Sin embargo, estos objetos luminosos solo muestran una parte de la historia. Ahora, un equipo de científicos ha detectado el agujero negro dormido más distante jamás encontrado, lo que permite observar un objeto cósmico gigante que ha dejado de emitir actividad.

El grupo internacional, que incluye investigadores de UCL, localizó este agujero negro en la galaxia MRG-M0138, situada a más de 10 mil millones de años luz de la Tierra. Este hallazgo, publicado en la revista Science, supera por un factor de 15 el récord previo de distancia para un agujero negro inactivo.

Con una masa aproximada a 6 mil millones de veces la del Sol, el agujero negro se observa cuando el universo tenía apenas 3 mil millones de años. Su detección ofrece una oportunidad sin precedentes para estudiar cómo evolucionaron los agujeros negros masivos y sus galaxias anfitrionas en las etapas formativas del cosmos.

Para calcular su masa, los científicos emplearon datos del telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA, analizando los movimientos de las estrellas que orbitan alrededor del objeto invisible. Aunque esta técnica, llamada dinámica estelar, se ha utilizado para medir agujeros negros dormidos en galaxias cercanas, es la primera vez que se aplica con éxito a una distancia cosmológica tan grande.

El profesor Richard Ellis, autor principal y miembro del departamento de Física y Astronomía de UCL, explicó: “Al determinar cómo se mueven colectivamente las estrellas en el núcleo de esta galaxia distante, pudimos medir la masa de su agujero negro supermasivo, que de otro modo sería indetectable. Al demostrar la viabilidad de esta técnica para galaxias del universo temprano, ahora podemos realizar un censo más completo sobre la evolución de los agujeros negros y su papel en la formación de galaxias”.

El método para medir un agujero negro invisible

Los agujeros negros no emiten luz por sí mismos, pero el gas que cae en ellos puede liberar grandes cantidades de radiación. Estos objetos brillantes, conocidos como núcleos galácticos activos o cuásares, son fenómenos muy luminosos y relativamente fáciles de detectar.

En contraste, el agujero negro supermasivo en MRG-M0138 está inactivo. Al no estar absorbiendo gas actualmente, los astrónomos solo pudieron identificarlo mediante su influencia gravitatoria sobre las estrellas cercanas.

Midiendo los movimientos combinados de las estrellas que orbitan el centro de la galaxia, el equipo confirmó la presencia del agujero negro y calculó su masa. Las diferencias en las velocidades de las estrellas próximas al agujero negro, en comparación con las más alejadas, proporcionaron los datos necesarios para esta medición.

Este procedimiento es similar a los utilizados para determinar la masa del agujero negro central de la Vía Láctea y otras galaxias cercanas. Sin embargo, es la primera vez que se aplica a un objeto a una distancia tan extrema. Hasta ahora, la galaxia más lejana estudiada con esta técnica estaba a unos 700 millones de años luz.

La lente gravitacional permitió una medición histórica

Observar los movimientos estelares en una galaxia tan distante normalmente sería imposible. Para superar este obstáculo, los investigadores aprovecharon el efecto de lente gravitacional, un fenómeno natural de amplificación cósmica.

Una segunda galaxia situada entre la Tierra y MRG-M0138 desvía y enfoca la luz de esta última, ampliando su imagen por un factor de 30. Esta magnificación permitió reconstruir la estructura interna de la galaxia con un nivel de detalle que de otro modo no sería alcanzable.

El doctor Andrew Newman, autor principal y científico del Carnegie Science en Pasadena, California, declaró: “Al combinar los datos del JWST con la lente gravitacional, pudimos observar dentro de la esfera de influencia del agujero negro, donde su gravedad acelera las estrellas. Esta es una de las mejores técnicas para medir la masa de un agujero negro, por lo que nos entusiasmó aplicarla a un periodo mucho más temprano de la historia cósmica”.

Solo se han identificado unos pocos agujeros negros dormidos de este tamaño, y todos ellos se encuentran mucho más cerca de la Tierra.

Implicaciones para la evolución de las galaxias

El descubrimiento aporta pistas relevantes sobre la evolución conjunta de las galaxias y sus agujeros negros centrales en el universo temprano. Observaciones en galaxias cercanas han mostrado una relación estrecha entre la masa galáctica y la masa del agujero negro, pero se requieren más datos de épocas anteriores para comprender cómo se formó esta conexión.

El equipo constató que tanto el agujero negro como su galaxia anfitriona están inactivos. La galaxia ya no produce nuevas estrellas, lo que sugiere que MRG-M0138 pudo haber albergado un cuásar brillante en el pasado. Los investigadores consideran que, durante el rápido crecimiento del agujero negro, la energía liberada calentó o expulsó el gas necesario para la formación estelar, deteniendo así la creación de nuevas estrellas.

Se espera que futuras observaciones con el JWST y otros telescopios espaciales descubran muchos más agujeros negros dormidos del universo temprano. Estos hallazgos podrían aportar mayor comprensión sobre cómo los agujeros negros inhiben la formación estelar y cómo pueden reactivarse cuando comienza a fluir nuevo material hacia ellos.