Descubren el agujero más voraz del universo temprano
Sorpresa entre los astrónomos tras descubrir un agujero negro supermasivo que parece estar consumiendo materia a un ritmo infernal: cuarenta veces por encima del límite teórico.
Por Enrique Coperías
Esta ilustración artística muestra una galaxia enana roja del universo temprano que alberga un agujero negro que se alimenta von voracidad en su centro. Utilizando datos del telescopio James Webb de la NASA y del observatorio de rayos X Chandra, un equipo de astrónomos del NSF NOIRLab estadounidense ha descubierto este agujero negro de baja masa en el centro de una galaxia solo 1.500 millones de años después del big bang. Aunque duró poco, el festín de este agujero negro podría ayudar a los astrónomos a explicar cómo los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente en el universo temprano. Cortesía: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
Los agujeros negros supermasivos existen en el centro de la mayoría de las galaxias, y los telescopios modernos siguen observándolos en momentos sorprendentemente tempranos de la evolución del universo. Es difícil entender cómo estos agujeros negros pudieron crecer tan rápidamente.
Pero con el descubrimiento de un agujero negro supermasivo de baja masa que se alimenta de materia a un ritmo vertiginoso, observado tan solo 1.500 millones de años después del big bang, los astrónomos disponen ahora de nuevos y valiosos datos sobre los mecanismos de crecimiento rápido de los agujeros negros en el universo primitivo.
ID-568 fue descubierto por un equipo interinstitucional de astrónomos dirigido por Hyewon Suh, astrónomo del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab. Los científicos utilizaron el telescopio espacial James Webb (JWST) para observar una muestra de galaxias del cartografiado COSMOS legacy survey del observatorio de rayos X Chandra. Esta población de galaxias es muy brillante en la franja de rayos X del espectro, pero son invisibles en el óptico y el infrarrojo cercano. La sensibilidad infrarroja única del James Webb permite detectar estas débiles emisiones homólogas.
Una intensa emisión de rayos X
El agujero negro LID-568 destacaba dentro de la muestra por su intensa emisión de rayos X, pero su posición exacta no podía determinarse únicamente a partir de las observaciones de rayos X, lo que planteaba dudas sobre el correcto centrado del objetivo en el campo de visión del James Webb.
Así que, en lugar de utilizar la tradicional espectroscopia de rendija larga, los científicos implicados en el soporte de instrumentación del James webb sugirieron que el equipo utilizara el espectrógrafo de campo integral en el instrumento NIRSpec de este telescopio. Dichi instrumento puede obtener un espectro para cada píxel en el campo de visión del instrumento en lugar de limitarse a un segmento reducido.
«Debido a su débil naturaleza, la detección de LID-568 sería imposible sin el James Webb. El uso del espectrógrafo de campo integral fue innovador y necesario para obtener nuestra observación», afirma Emanuele Farina, astrónomo del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab y coautor del artículo, publicado en Nature Astronomy.
Recreación artística del agujero negro LID-568. Cortesía: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
El NIRSpec es el espectrógrafo de infrarrojo cercano del James Webb, y su misión consiste en descomponer la luz infrarroja recogida por el Webb en las longitudes de onda que la constituyen para formar un espectro. El NIRSpec permitió al equipo obtener una visión completa de su objetivo y de la región circundante, lo que condujo al inesperado descubrimiento de potentes flujos de gas alrededor del agujero negro central.
La velocidad y el tamaño de estos flujos llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento de la masa de LID-568 podría haberse producido en un único episodio de rápida acreción. «Este resultado fortuito añadió una nueva dimensión a nuestra comprensión del sistema y abrió interesantes vías de investigación», afirma Suh.
Suh y su equipo descubrieron que el agujero negro LID-568 parece alimentarse de materia a una velocidad cuarenta veces superior a su límite de Eddington. Este es un concepto en astrofísica que define la máxima luminosidad que puede alcanzar una estrella o un agujero negro antes de que la presión de radiación que genera su luz equilibre la atracción gravitacional que actúa sobre su masa. Si un objeto luminoso supera este límite, la radiación puede ser tan intensa que expulse material del objeto, impidiendo que siga acumulando masa.
Cuando se calculó que la luminosidad de LID-568 era mucho mayor de lo teóricamente posible, el equipo supo que sus datos contenían algo extraordinario.
“Este agujero negro se está dando un festín. Este caso extremo muestra que un mecanismo de alimentación rápida por encima del límite de Eddington es una de las posibles explicaciones de por qué vemos estos agujeros negros tan pesados tan temprano en el universo.”
Estos resultados aportan nuevos conocimientos sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de semillas de agujeros negros más pequeños, que, según las teorías actuales, surgen de la muerte de las primeras estrellas del universo (semillas ligeras) o del colapso directo de nubes de gas (semillas pesadas). Hasta ahora, estas teorías carecían de confirmación observacional.
«El descubrimiento de un agujero negro superacumulador de Eddington sugiere que una parte significativa del crecimiento de masa puede producirse durante un único episodio de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada», afirma Suh.
Recreación artística de una galaxia enana del universo temprano que alberga en su corazón un agujero negro glotón. Cortesía: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
El descubrimiento del agujero negro LID-568 también demuestra que es posible que un agujero negro supere su límite de Eddington, y ofrece a los astrónomos la primera oportunidad de estudiar cómo sucede.
Es posible que los potentes flujos de salida observados en LID-568 actúen como válvula de escape del exceso de energía generado por la acreción extrema, evitando así que el sistema se vuelva demasiado inestable. Para investigar más a fondo los mecanismos en juego, el equipo está planeando observaciones de seguimiento con el James Webb. ▪️
Información facilitada por la Association of Universities for Research in Astronomy (AURA)
Fuente: Suh, H., Scharwächter, J., Farina, E. P. et al. A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02402-9
