Astrónomos detectan el agujero negro más antiguo y distante formado después del Big Bang

(CNN) – Dos potentes telescopios de la NASA han detectado el agujero negro más antiguo y distante jamás encontrado.

Los datos capturados mediante rayos X energéticos por el Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio Espacial James Webb han ayudado a los astrónomos a detectar la firma de un agujero negro en crecimiento dentro del universo primitivo sólo 470 millones de años después del Big Bang, que ocurrió hace 13.800 millones de años.

El descubrimiento, descrito en un estudio publicado el lunes en la revista Nature Astronomy, puede ayudar a los astrónomos a reconstruir cómo se formaron algunos de los primeros agujeros negros supermasivos en el cosmos.

“Necesitábamos a Webb para encontrar esta galaxia notablemente distante y a Chandra para encontrar su agujero negro supermasivo”, dijo el autor principal del estudio, Akos Bogdan, en un comunicado. “También aprovechamos una lupa cósmica que aumentó la cantidad de luz que detectamos“. Bogdan es astrofísico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts.

Se refería a un efecto llamado lente gravitacional, que ocurre cuando los objetos más cercanos (en este caso un cúmulo galáctico) actúan como una lupa para los objetos distantes. La gravedad esencialmente deforma y amplifica la luz de las galaxias distantes en el fondo de lo que sea que esté magnificando, permitiendo observaciones de características celestes que de otro modo serían invisibles.

Los astrónomos detectaron el agujero negro en una galaxia llamada UHZ1. A primera vista, la galaxia parecía en la misma dirección que un cúmulo de galaxias conocido como Abell 2744, que se encuentra a unos 3.500 millones de años luz de la Tierra. Pero los datos recopilados por el telescopio Webb mostraron que UHZ1 en realidad está mucho más lejos y ubicado más allá del cúmulo, a 13,2 mil millones de años luz de la Tierra.

Los astrónomos encontraron el agujero negro más distante jamás detectado en rayos X utilizando los telescopios espaciales Chandra y Webb. El cúmulo de galaxias Abell 2744 domina esta imagen, mientras que los primeros planos de cada telescopio muestran la galaxia más distante UHZ1 y el agujero negro que alberga. Crédito: NASA/ESA/CSA/STScI/CXC/SAO/Ákos Bogdán/L. Frattare y K. Arcand.

Un año luz, equivalente a 5,88 billones de millas, es la distancia que recorre un rayo de luz en un año. Dada la distancia entre la Tierra y los objetos de los primeros días del universo, cuando telescopios como Webb observan esta luz, es como mirar hacia el pasado.

El equipo utilizó el Observatorio Chandra para detectar gas sobrecalentado que libera rayos X dentro de UHZ1, el signo revelador de un agujero negro supermasivo que está creciendo en tamaño.

La detección fue posible gracias al cúmulo de galaxias Abell, que intensificó en un factor de cuatro la luz de la galaxia UHZ1 y los rayos X emitidos por el agujero negro.

Decodificando un misterio cósmico

Los astrónomos creen que el descubrimiento les ayudará a comprender mejor cómo aparecieron los agujeros negros supermasivos y alcanzaron sus monstruosas masas tan pronto después del comienzo del universo.

Los investigadores quieren saber si estos objetos celestes gigantes se formaron cuando colapsaron enormes nubes de gas o si fueron el resultado de las explosiones de las primeras estrellas masivas.

“Existen límites físicos sobre la rapidez con la que los agujeros negros pueden crecer una vez que se han formado, pero los que nacen con mayor masa tienen una ventaja. Es como plantar un árbol joven, que requiere menos tiempo para crecer hasta convertirse en un árbol de tamaño completo que si se comenzara solo con una semilla”, dijo Andy Goulding, investigador en ciencias astrofísicas de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.

Es coautor del artículo de Nature Astronomy y autor principal de otro artículo sobre la galaxia UHZ1 publicado en septiembre en The Astrophysical Journal Letters.

El equipo que informó sus resultados en el artículo de Nature Astronomy descubrió que la masa del distante agujero negro es similar a la masa total de todas las estrellas dentro de la galaxia que lo alberga. La masa se sitúa entre 10 y 100 millones de soles, a juzgar por el brillo y la energía de los rayos X que emite, dijeron los investigadores.

Teoría potencial del agujero negro

Normalmente, los agujeros negros situados en los centros de las galaxias sólo tienen alrededor del 0,1% de la masa de las estrellas dentro de su galaxia anfitriona.

El inusual agujero negro podría ser un “agujero negro de gran tamaño” que se formó cuando una enorme nube de gas colapsó, como teorizó en 2017 Priyamvada Natarajan, coautor de ambos estudios y profesor de astronomía y profesor de astronomía Joseph S. y Sophia S. Fruton de Física de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut.

“Creemos que esta es la primera detección de un ‘agujero negro de gran tamaño’ y la mejor evidencia obtenida hasta ahora de que algunos agujeros negros se forman a partir de nubes masivas de gas”, dijo Natarajan. “Por primera vez estamos viendo una breve etapa en la que un agujero negro supermasivo pesa aproximadamente tanto como las estrellas de su galaxia, antes de quedarse atrás”.