Españoles descubren un agujero negro que traga materia a una velocidad imposible

En el centro de la mayoría de la galaxias existen agujeros negros supermasivos, regiones del espacio tan densas que nada que allí caiga, ni siquiera la luz, puede escapar. Los telescopios modernos los han detectado incluso en momentos muy tempranos de la evolución del universo. El más reciente, descubierto por un equipo internacional con participación española, está situado en el corazón de una galaxia que existió 'tan solo' 1.500 millones de años después del Big Bang, muy pronto si se tiene en cuenta que la gran explosión que originó el Universo ocurrió hace unos 13.800 millones de años. Lo más sorprendente es que este objeto consumía materia a una velocidad imposible, más de 40 veces el límite teórico. El estudio se ha publicado este lunes en la revista 'Nature Astronomy'. El equipo, dirigido por el Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab, utilizó el telescopio espacial James Webb (JWST) para observar una población de galaxias muy brillante en la parte de rayos X del espectro, pero invisible en el espectro óptico y en el infrarrojo cercano. El JWST tiene una sensibilidad infrarroja única que le permite detectar estas débiles emisiones. «La mayoría de los agujeros negros del universo temprano detectados por el JWST son muy débiles (o no son detectables) en rayos X, pero LID-569 [como se ha bautizado el nuevo agujero negro] nos llamó la atención por su alto brillo en rayos X», dice Mar Mezcua, investigadora del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) y coautora del estudio. El instrumento NIRSpec del JWST permitió al equipo obtener una vista completa de LID-568 y su región circundante, lo que llevó al descubrimiento inesperado de potentes flujos de gas alrededor del agujero negro central. La velocidad y el tamaño de estos flujos llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento de masa del agujero negro pudo haber ocurrido en un solo episodio de rápida acreción. «Este resultado fortuito añadió una nueva dimensión a nuestra comprensión del sistema y abrió caminos emocionantes para la investigación», concluye la astrónoma del Observatorio Gemini/NSF NOIRLab Hyewon Suh, primera autora del estudio. El equipo descubrió que LID-568 parece estar alimentándose de materia a un ritmo 40 veces superior al límite de Eddington . Este límite se relaciona con la luminosidad máxima que puede alcanzar un agujero negro, así como con la velocidad a la que puede absorber materia, de modo que su fuerza gravitatoria hacia el interior y la presión hacia el exterior generada por el calor de la materia comprimida que cae hacia él permanezcan en equilibrio. Cuando se calculó que la luminosidad de LID-568 era mucho mayor de lo teóricamente posible, el equipo supo que había algo excepcional en los datos. «Este agujero negro se está dando un festín», afirma Julia Scharwächter, astrónoma del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab y coautora del estudio. «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». Estos resultados aportan nuevos conocimientos sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de «semillas» de agujeros negros más pequeños. Las teorías actuales sugieren que estos últimos surgen de la muerte de las primeras estrellas del universo (semillas ligeras) o del colapso directo de nubes de gas (semillas pesadas). Hasta ahora, estas teorías carecían de confirmación observacional. «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, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada», afirma Hyewon Suh. El descubrimiento de LID-568 también muestra que es posible que un agujero negro supere su límite de Eddington y ofrece a los astrónomos una gran oportunidad para estudiar cómo ocurre esto. Es posible que los potentes flujos de salida observados en LID-568 actúen como una válvula de escape para el exceso de energía generado por la acreción extrema, evitando que el sistema se vuelva demasiado inestable. Para investigar más a fondo los mecanismos en juego, el equipo planea hacer seguimiento con observaciones a través del James Webb.