¿Qué fue primero: los agujeros negros o las galaxias?
Nuevos hallazgos "revolucionan por completo" lo que sabemos sobre la formación de galaxias.
Por Roberto Molar Candanosa
Una ilustración de un campo magnético generado por un agujero negro supermasivo en el universo temprano. Podemos ver flujos de plasma turbulentos que ayudan a convertir las nubes de gas cercanas en estrellas. Nuevos hallazgos sugieren que este proceso podría ser responsable de la formación acelerada de estrellas en los primeros 50 millones de años del cosmos. Crédito: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University
Los agujeros negros no solo existieron en los albores de los tiempos, sino que dieron origen a nuevas estrellas y potenciaron la formación de galaxias, sugiere un nuevo análisis de los datos del telescopio espacial James Webb que ha sido publicado en el Astrophysical Journal Letters.
Los hallazgos trastocan las teorías sobre cómo los agujeros negros dan forma al cosmos, y desafían la idea clásica de que se formaron después de que surgieron las primeras estrellas y galaxias. En cambio, los agujeros negros podrían haber acelerado drásticamente el nacimiento de nuevas estrellas durante los primeros 50 millones de años del universo, un período fugaz dentro de sus 13.800 millones de años de historia.
"Sabemos que estos monstruosos agujeros negros existen en el centro de las galaxias cercanas a la Vía Láctea, pero la gran sorpresa ahora es que también estuvieron presentes en el comienzo del universo y fueron casi como bloques de construcción o semillas de las primeras galaxias", confiesa el autor principal del estudio, el astrónomo Joseph Silk, profesor de la Universidad Johns Hopkins, del el Instituto de Astrofísica de París y de la Universidad de la Sorbona.
En palabras de este investigador, los agujeros negros lo potenciaron todo, a modo de gigantescos amplificadores de la formación estelar. “Esto supone todo un vuelco de lo que creíamos posible hasta ahora, hasta el punto de que esto podría sacudir por completo nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias", dice Silk.
Los agujeros negros y las galaxias coexistieron e influyeron mutuamente en su destino durante los primeros 100 millones de años.
Las galaxias distantes del universo primitivo, observadas a través del JamesWebb, parecen mucho más brillantes de lo que los científicos predijeron, y revelan un número inusualmente alto de estrellas jóvenes y agujeros negros supermasivos, según Silk.
La sabiduría tradicional sostiene que los agujeros negros se formaron después del colapso de estrellas supermasivas y que las galaxias se crearon después de que las primeras estrellas iluminaran el oscuro universo primitivo. Pero el análisis del equipo de Silk sugiere que los agujeros negros y las galaxias coexistieron e influyeron mutuamente en el destino durante los primeros 100 millones de años. Si toda la historia del universo fuera un calendario de doce meses, esos años serían como los primeros días de enero, dice Silk.
Ilustración de un agujero negro primordial. Foto: NASA
"Estamos argumentando que los agujeros negros expulsan nubes de gas trituradas, convirtiéndolas en estrellas y acelerando enormemente el ritmo de formación estelar"— dice Silk. Y añade:— De lo contrario, es muy difícil entender de dónde vinieron estas galaxias brillantes, porque normalmente eran más pequeñas en el universo primitivo. ¿Por qué deberían estar formando estrellas tan rápidamente?"
Los agujeros negros son regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar de su atracción, ni siquiera la luz. Debido a esta fuerza, generan poderosos campos magnéticos que provocan tormentas violentas, expulsan plasma turbulento y, en última instancia, actúan como enormes aceleradores de partículas, según Silk. “Este proceso —dice el astrfísico— es probablemente la razón por la que los detectores del James Webb hayan detectado más agujeros negros y galaxias brillantes de lo que los científicos anticipaban.
"No podemos ver estos vientos violentos o chorros tan lejanos, pero sabemos que deben estar presentes porque vemos muchos agujeros negros en las primeras etapas del universo— comenta Silk. Y continúa: —Estos enormes vientos provenientes de los agujeros negros aplastan las nubes de gas cercanas y las convierten en estrellas. Ese es el eslabón perdido que explica por qué estas primeras galaxias son mucho más brillantes de lo que esperábamos".
Un universo joven con dos fases.
El equipo de Silk predice que el universo joven tuvo dos fases. Durante la primera, los flujos de salida a alta velocidad de los agujeros negros aceleraron la formación de estrellas, y luego, en una segunda fase, los flujos de salida se ralentizaron. Unos cientos de millones de años después del big bang, las nubes de gas colapsaron debido a tormentas magnéticas de agujeros negros supermasivos, y nuevas estrellas nacieron a un ritmo muy superior al observado miles de millones de años después en las galaxias normales, según Silk.
La creación de estrellas se ralentizó porque estos poderosos flujos pasaron a un estado de conservación de energía, lo que redujo el volumen de gas disponible para formar estrellas en las galaxias.
"Pensábamos que, al principio, las galaxias se formaban por el colapso de una nube gigante de gas— comenta Silk. Y añade:—La gran sorpresa es que había una semilla en medio de esa nube —un gran agujero negro— y eso ayudó a convertir rápidamente la parte interior de esa nube en estrellas a un ritmo mucho mayor del que esperábamos. Y por eso las primeras galaxias son increíblemente brillantes".
El equipo espera que las futuras observaciones del James Webb, con recuentos más precisos de estrellas y agujeros negros supermasivos en el universo primitivo, ayuden a confirmar estos cálculos. Silk cree que estas observaciones también ayuden a los científicos a reconstruir más pistas sobre la evolución del universo.
"La gran pregunta es la siguiente: ¿cuáles fueron nuestros comienzos? El Sol es una más de los de los 100.000 millones de estrellas que viven en la Vía Láctea, y además hay un enorme agujero negro en el centro de esta. ¿Cuál es la conexión entre ambos? —se pregunta Silk. Y concluye: —Dentro de un año tendremos datos mucho mejores, y muchas de nuestras preguntas empezarán a tener respuesta".
Información facilitada por la Universidad Johns Hopkins
Fuente: Joseph Silk et al. Which Came First: Supermassive Black Holes or Galaxies? Insights from JWST. Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0
