Una pequeña mancha de luz roja detectada al comienzo del Universo podría representar la primera evidencia directa de una vía de formación de un agujero negro supermasivo. En un nuevo y deslumbrante artículo, un gran equipo internacional dirigido por el astrofísico Ignas Juodžbalis de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido ha medido directamente la masa de uno de los misteriosos “Pequeños Puntos Rojos” (LRD) detectados por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) en la Época de Reionización, apenas 600 millones de años después del Big Bang.
Los resultados del equipo sugieren que el misterioso resplandor denominado QSO1 es un agujero negro con una masa equivalente a 50 millones de soles. De confirmarse —y no es poca cosa—, esto podría ser evidencia de agujeros negros primordiales que se formaron en los primeros momentos tras el Big Bang.
“Independientemente del modelo específico, la alta masa en una época cósmica tan remota, la relación extremadamente alta entre la masa del agujero negro y la masa estelar, junto con el entorno casi prístino, indican que QSO1 es una semilla de agujero negro masiva atrapada en las primeras fases de acreción”, escriben los investigadores en una preimpresión subida a arXiv antes de la revisión por pares.
Siempre esperábamos que el JWST, el telescopio espacial más poderoso jamás construido, revelara cosas sobre los misteriosos primeros mil millones de años después del Big Bang que ni siquiera sabíamos que no sabíamos. Los LRD son uno de ellos. Como su nombre indica, son pequeños puntos de luz extremadamente desplazados al rojo durante la época de la reionización; el proceso de mil millones de años mediante el cual se cree que la luz de las primeras estrellas y galaxias despejó la niebla opaca que cubría el universo primitivo, permitiendo que la luz fluyera libremente.
Debido a que este período del Universo está tan alejado de nosotros a través del espacio-tiempo y es tan nebuloso, es difícil ver más allá de sus límites. Los científicos tienen algunas explicaciones bastante buenas sobre cómo las primeras estrellas, galaxias y agujeros negros surgieron de la oscuridad primordial, pero encontrar apoyo observacional ha sido un poco más difícil.
La luz de los objetos del Universo primitivo se ha estirado hacia el extremo rojo del espectro electromagnético, o se ha desplazado hacia el rojo, debido a la continua expansión del Universo. El JWST está diseñado para detectar luz en estas longitudes de onda, lo que lo convierte en la mejor herramienta que tenemos para intentar comprender cómo empezó todo.
El telescopio ha descubierto cientos de LRD, y los científicos no están completamente seguros de qué son. Podrían ser agujeros negros tempranos, pero estos suelen estar acompañados de luz de rayos X, de la cual curiosamente carecen los cielos que los rodean. Otra corriente de pensamiento propone que podrían ser cúmulos de estrellas.
Juodžbalis y sus colegas seleccionaron QSO1 como candidato para estudiar estas manchas con mayor detalle. Esto se debe a que QSO1 forma parte de una curiosa disposición cosmológica aleatoria conocida como lente gravitacional. El espacio-tiempo se curva alrededor de un cúmulo de galaxias masivo entre nosotros y QSO1 de tal manera que magnifica la luz que se encuentra detrás de él, incluyendo el resplandor de QSO1. Este potente efecto de lente gravitacional permite a los científicos ver QSO1 con mucha más claridad que otros LRD.
Al separar y analizar cuidadosamente la luz emitida por la lente, pudieron calcular la curva de rotación del objeto: una medida que, para las galaxias, revela la masa de la galaxia en cuestión y el agujero negro en su centro.
Según los investigadores, sus resultados son incompatibles con la interpretación de los LRD como cúmulos estelares. Más bien, la curva de rotación de QSO1 es perfectamente coherente con una galaxia que gira alrededor de una masa de aproximadamente 50 millones de masas solares, una interpretación que también se ajusta a las estimaciones de la masa del agujero negro obtenidas a partir de las líneas de hidrógeno en el espectro del objeto.
Pero la galaxia que rodea el agujero negro es diminuta, mucho menor de lo esperado para su masa, lo que lo convierte en el agujero negro masivo más desnudo jamás detectado. Esto podría ser una pista sobre cómo se formaron las galaxias en el universo primitivo, lo que sugiere que los agujeros negros surgieron primero y que las galaxias se formaron a su alrededor.
“Los únicos escenarios que pueden explicar un sistema de este tipo son aquellos que invocan ‘semillas pesadas’, como los agujeros negros de colapso directo (DCBH, resultantes del colapso directo de nubes prístinas masivas) o los agujeros negros primordiales (PBH, formados en el primer segundo después del Big Bang)”, escriben los investigadores en su artículo.
Ambos escenarios requerirían mayor investigación. Por un lado, los DCBH estarían acompañados de luz ultravioleta no observada en QSO1. Por otro lado, los PBH son considerablemente menores a 50 millones de masas solares. Sin embargo, es posible que el objeto sea producto de un rápido crecimiento, tanto por acreción como por colisión, lo que convierte a QSO1, potencialmente, en la primera evidencia directa de la existencia de agujeros negros primordiales.
El artículo aún está pendiente de revisión por pares, y es una afirmación bastante extraordinaria, así que estaremos atentos a ver cómo evoluciona esta línea de investigación. Sea cual sea el resultado, estamos seguros de que los LRD nos revelarán algo realmente fascinante sobre el nacimiento del universo.
El artículo del equipo se puede encontrar en arXiv.
Fuente: Science Alert.