El James Webb ha añadido otro avistamiento espectacular a su colección. En un comunicado de prensa visto por Alerta científicalos investigadores anunciaron que el rey de los telescopios les había permitido documentar un agujero negro como ningún otro, y por una buena razón: es tan pesado y tan antiguo que desafía todos los modelos cosmológicos actuales.
El descubrimiento de este objeto, llamado J1120+0641, data de 2011. Durante varios años fue el agujero negro más antiguo jamás documentado. Aunque los astrónomos no pudieron obtener mucha información de él, todavía sabíamos que se formó hace poco más de 13 mil millones de años. aproximadamente 770 millones de años después del Big Bang. Pero desde entonces, la tecnología ha avanzado mucho con la llegada de nuevos instrumentos de última generación, como los del Telescopio Espacial James Webb. Esto abrió el camino para muchas más observaciones y el estado de este agujero negro cambió por completo a la luz de esta nueva información.
Hoy, su edad ya no constituye un récord. En los últimos años, JWST ha centrado su lente en agujeros negros aún más antiguos, como el de la galaxia GN-z11, que se formó hace unos 13.400 millones de años, hace sólo 400 millones de años después del Big Bang. Para comprender qué lo hace tan intrigante para los investigadores, su edad no es suficiente; También se debe tener en cuenta su masa.
Un objeto demasiado masivo en comparación con su edad.
De hecho, esto se estimó entre mil y dos mil millones de veces la del Sol. Por lo tanto, se encuentra en gran medida dentro del círculo cerrado de los llamados agujeros negros supermasivos, estos verdaderos titanes tan imponentes que su influencia gravitacional puede estructurar galaxias enteras. E incluso en comparación con otros miembros de esta categoría, éste es particularmente enorme. Como referencia, Sagitario A*, el agujero negro supermasivo que ocupa el centro de la Vía Láctea, tiene “sólo” unos 4 millones de masas solares.
Sin embargo, este no es un récord absoluto. Los astronautas ya han descubierto otros que son incluso mucho más masivos. Podemos citar M87, el agujero negro supermasivo que fue el primero en ser fotografiado directamente en 2019, con 6.500 millones de masas solares, o incluso NGC 4889, con 21.000 millones de masas solares. En lo más alto de esta escala, encontramos TON 618, el agujero negro más imponente descubierto hasta la fecha con la asombrosa cifra de 66 mil millones de masas solares en el reloj.
J1120+0641 no entra en absoluto en la misma categoría que este último. Comparado con ellos, casi parecería un debilucho. Pero cuando se factorizan tanto su masa como su edad en la ecuación, se obtiene un objeto que parece completamente aberrante.
De hecho, su edad lo ubica en una era llamadaamanecer cósmico, el período crucial en el que las primeras estrellas comenzaron a formarse e iluminar el cosmos. Sin embargo, en teoría, los agujeros negros supermasivos que aparecen tan temprano (relativamente hablando) en la historia del Universo deberían ser significativamente menos imponentes. Como referencia, el agujero negro de GN-z11 está limitado a “sólo” 2 millones de masas solares, ¡o 500 veces más pequeño que J1120+0641! Y por el momento, los astrónomos tienen grandes dificultades para explicar cómo pudo haber surgido tal gigante durante el Amanecer Cósmico.
Para estimar la masa teórica de un agujero negro, los investigadores se basan en gran medida en el límite de Eddington. Depende del equilibrio entre fuerzas gravitacionalesdirigido hacia el centro del objeto, y el presión de radiación que actúa en sentido contrario. Más allá de este límite, el material sobrecalentado por las fuerzas dantescas que emanan del agujero negro se volvería tan luminoso que la presión de la radiación superaría la gravitación, impidiendo que el objeto creciera. Sin embargo, para superar la marca de los mil millones de masa solar en una etapa tan temprana de la historia del Universo, J1120+0641 habría tenido que romper el límite de Eddington.
Las vías alternativas colapsan
Para intentar explicar esta inconsistencia decididamente inquietante, los astrónomos exploraron otra vía: la deAcreción supra-Eddington. La idea es que si un agujero negro supermasivo se activa repentinamente en un momento en el que tiene una enorme cantidad de material disponible, podría tragar una cantidad gigantesca de material antes de que la presión de radiación comience a surtir efecto. Y por tanto superar temporalmente el límite de Eddington.
Sin embargo, para que este escenario se mantuviera firme, era necesario confirmar que J1120+0641 tiene una reserva de gas y polvo lo suficientemente almacenada como para permitirle atiborrarse a un ritmo enloquecedor. Por lo tanto, el año pasado los investigadores apuntaron el JWST y sus sensores infrarrojos de alto rendimiento hacia el agujero negro. Esperaban encontrar rastros de tal banquete. Pero después de analizar los datos durante más de un año, finalmente se quedaron con las manos vacías. Todo indica que el agujero negro respeta perfectamente el límite de Eddington, y que absorbe materia a un ritmo normal para un gigante de este tipo.
En otras palabras, las observaciones del JWST interrumpieron el rastro de la acreción supra-Eddington. Ahora, sin su mejor hipótesis, los autores del estudio se preguntaron si podrían haber malinterpretado los datos. De acuerdo a Alerta científica, un exceso de polvo podría, por ejemplo, haber pasado desapercibido, lo que llevó al equipo a sobreestimar la masa del objeto. Pero por mucho que los investigadores diseccionaran las imágenes en todas las longitudes de onda a su disposición, no encontraron ningún rastro de tal grupo. Por tanto, el misterio sigue siendo completo.
« En última instancia, estas nuevas observaciones sólo refuerzan el misterio: este quásar temprano es sorprendentemente normal, sin importar la longitud de onda que observemos. », explica en un comunicado de prensa Sarah Bosman, becaria postdoctoral en el prestigioso Instituto Max Planck y autora principal del estudio.
La pelota está en el tejado de Webb
Pero esto no es una decepción. Al demostrar que los agujeros negros primordiales siguen las mismas reglas que los más recientes, los investigadores han demostrado sobre todo que, sin duda, hay mucho que aprender sobre la formación de agujeros negros y galaxias. Una perspectiva muy interesante que empujará a los astrónomos a explorar nuevos caminos. Por ejemplo, los autores identificaron otra posibilidad que podría ayudar a explicar esta combinación de masa y edad: J1120+0641 podría haber sido obeso al nacer.
De hecho, los resultados podrían ser consistentes si el agujero negro se hubiera formado con una masa inicial de al menos 100.000 masas solares, en comparación con 5 a 10 para un agujero negro típico. Pero, una vez más, los mecanismos en juego no están claros. Según el equipo, J1120+0641 puede haberse originado enColapso gravitacional de una enorme nube de gas primordial, a diferencia de los agujeros negros más clásicos que surgen cuando muere una estrella masiva aislada. Pero pase lo que pase, tendremos que esperar a descubrir otros titanes de este tipo en Cosmic Dawn para esperar confirmar este escenario.
Por lo tanto, será apropiado seguir atentamente las observaciones del Telescopio Espacial James Webb, que ha seguido superando los límites del Universo observable desde su puesta en servicio.
El texto del estudio está disponible aquí.
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