Un agujero negro supermasivo en el Universo primitivo es el más voraz de su tipo que hemos visto jamás. Está situado en medio de una galaxia llamada LID-568, tal y como se vio tan sólo 1.500 millones de años después del Big Bang, y parece engullir material a un ritmo asombroso de más de 40 veces el máximo teórico conocido como límite de Eddington.
Nunca hemos visto nada parecido, y es un descubrimiento que podría ayudarnos a desentrañar uno de los mayores misterios del Universo primitivo: cómo los agujeros negros supermasivos se vuelven tan increíblemente masivos en tan poco tiempo tras el Big Bang.
“Este agujero negro se está dando un festín”, afirma la astrónoma Julia Scharwächter del Observatorio Gemini y el NOIRLab de la NSF. “Este caso extremo demuestra 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”.
El límite de Eddington es una consecuencia natural del proceso de alimentación de los agujeros negros. Cuando un agujero negro acumula activamente grandes cantidades de material, éste no cae directamente en el pozo gravitacional, sino que primero se arremolina como el agua en un desagüe, y sólo el material del borde interior del disco cruza el horizonte hacia el agujero negro. La increíble cantidad de fricción y gravedad calienta este disco de material a temperaturas extremadamente altas, lo que hace que brille con luz. Pero lo que pasa con la luz es que ejerce una forma de presión.
Un solo fotón no va a hacer mucho, pero el resplandor de un disco de acreción de un agujero negro supermasivo activo es otra cosa. En un momento determinado, la presión de radiación hacia afuera coincide con la atracción gravitatoria hacia adentro del agujero negro, lo que impide que el material se acerque más. Ese es el límite de Eddington.
Es posible romper el límite de acreción de Eddington. Se lo conoce como acreción super-Eddington, durante la cual el agujero negro se vuelve completamente loco, absorbiendo tanta masa como puede antes de que la presión de la radiación se apodere de él. Esta es una de las razones por las que los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos en los albores de los tiempos podrían alcanzar masas que desafían cualquier explicación fácil.
Dirigidos por el astrónomo Hyewon Suh del Observatorio Gemini y el NOIRLab de la NSF, un equipo de investigadores utilizó el JWST para realizar observaciones de seguimiento de un puñado de galaxias identificadas por el Observatorio de rayos X Chandra que eran brillantes en rayos X pero tenues en otras longitudes de onda. Cuando llegaron a LID-568, tuvieron problemas para identificar su distancia a través del espacio-tiempo. La galaxia era muy débil y muy difícil de ver; pero, utilizando el espectrógrafo de campo integral del instrumento NIRSpec del JWST, el equipo se centró en la posición exacta de la galaxia.
La ubicación lejana de LID-568 es sorprendente. Aunque el objeto es débil desde nuestra posición en el Universo, su distancia significa que debe ser increíblemente brillante intrínsecamente. Observaciones detalladas revelaron potentes eflujos del agujero negro supermasivo, una señal de acreción a medida que parte del material se desvía y se lanza al espacio.
Un análisis minucioso de los datos reveló que el agujero negro supermasivo es relativamente pequeño, en comparación con otros agujeros negros supermasivos: sólo 7,2 millones de veces la masa del Sol. Y la cantidad de luz producida por el material alrededor del disco era mucho, mucho mayor que la que un agujero negro de esta masa debería ser capaz de producir. Esto sugiere una tasa de acreción unas 40 veces superior al límite de Eddington.
A este ritmo, el período de acreción super-Eddington debería ser extremadamente breve, lo que significa que Suh y su equipo tuvieron mucha suerte de verlo en acción. Y esperamos que LID-568 se convierta en un objetivo de observación popular para los científicos de los agujeros negros, lo que nos permitirá echar un vistazo poco común a los procesos super-Eddington.
A su vez, esto podría ayudarnos a comprender el Universo primitivo. Existen evidencias que sugieren que los primeros agujeros negros supermasivos no se formaron a partir del colapso de estrellas tal como las conocemos hoy, sino a partir de estrellas enormes y enormes cúmulos de gas que colapsaron directamente bajo la acción de la gravedad. Esto les daría una ventaja en su camino hacia convertirse en los agujeros negros gigantes que vemos en el Universo hoy. Los estallidos de acreción super-Eddington podrían ser otra pieza del rompecabezas.
“El descubrimiento de un agujero negro con acreción super-Eddington sugiere que una parte significativa del crecimiento de masa puede ocurrir durante un único episodio de alimentación rápida”, dice Suh, “independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada”.
La investigación ha sido publicada en Nature Astronomy.
Fuente: Science Alert.