El telescopio espacial James Webb de la NASA ha descubierto un agujero negro inactivo cuando el universo solo tenía 800 millones de años de existencia. Este monstruo cósmico se desmayó tras una comida especialmente copiosa de gas y polvo galácticos.
Echarse un sueñecito es una tentación a la que muchos mortales sucumben tras disfrutar de un opíparo banquete. Una nueva investigación ha demostrado que, hace miles de millones de años, algunos de los primeros agujeros negros también tuvieron que echarse la siesta después de atiborrarse a comida.
Con la ayuda del telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA, un equipo de astrónomos ha descubierto un agujero negro supermasivo completamente inactivo que existía tan solo 800 millones de años después del big bang, la teoría científica que explica el origen del universo. Según esta, el cosmos nació hace unos 13.800 millones de años a partir de una singularidad extremadamente densa y caliente, que se expandió rápido para dar lugar al espacio, al tiempo, a la materia y a la energía que conocemos hoy.
Este monstruo cósmico se desmayó tras darse un festín de gas y polvo galácticos en la galaxia donde reside, la GN-1001830, que se encuentra en la constelación de la Osa Mayor. Aunque los agujeros negros no tienen un hogar en el sentido tradicional de la palabra, muchos de ellos, especialmente los supermasivos, con millones o miles de millones de veces la masa del Sol, habitan en el corazón de la mayoría de las galaxias. De hecho, la nuestra, esto es, la Vía Láctea, alberga uno en su corazón: Sagitario A*.
Su masa es 400 millones de veces la del Sol
El agujero negro cazado sesteando por el James Webb es titánico, ya que su masa es 400 millones de veces la de nuestro sol, lo que lo convierte en uno de los agujeros negros más masivos descubiertos por este telescopio espacial en dicha etapa juvenil del desarrollo del universo.
De hecho, el agujero negro es tan enorme que representa aproximadamente el 40 % de la masa total de su galaxia anfitriona: en comparación, la mayoría de los agujeros negros del universo local son aproximadamente el 0,1 % de la masa de la galaxia que lo hospeda.
Más curioso aún es que, a pesar de su gigantesco tamaño, este agujero negro consume, o acreta, el gas que necesita para crecer a un ritmo extremadamente lento: unas cien veces por debajo de su límite máximo teórico. Esto hace que podamos afirmar sin miedo a equívocos que está inactivo.
Los agujeros negros, protagonistas de algunos de los fenómenos más energéticos del cosmos
Recordemos que la acreción en los agujeros negros es el proceso por el cual estos objetos cósmicos devoran materia de su entorno, como gas, polvo e incluso estrellas enteras. Este proceso no solo permite a los agujeros negros crecer en masa, sino que también genera algunos de los fenómenos más energéticos del universo.
Es el caso de los jets relativistas, emisiones de chorros de partículas cargadas a velocidades cercanas a la luz; de la formación de un cuásar o un núcleo galáctico activo (AGN), que emite más luz que toda su galaxia anfitriona; y de los estallidos de luz extremadamente brillante a causa del desgarro a estrellas que pasan demasiado cerca de un agujero negro.
Que deje de comer es un misterio
Como apuntan los autores del estudio en la revista Nature, la existencia de un agujero negro tan masivo en una fase tan joven del universo que ha optado por no crecer pone en tela de juicio los modelos existentes sobre el desarrollo de los agujeros negros. Sin embargo, los investigadores afirman, visto lo visto, que lo más probable es que los agujeros negros pasen por breves periodos de crecimiento ultrarrápido.
Cuando los agujeros negros están durmiendo la siesta, como el gigante del cuento clásico Jack y las habichuelas mágicas, se tornan menos luminosos, lo que dificulta su detección, incluso para los telescopios ultrasensibles, como es el caso del James Webb.
Los agujeros negros no pueden observarse directamente, sino que se detectan por el brillo delator de su disco de acreción, un descomunal remolino de materia que se forma cerca de los bordes del objeto cósmico. Este disco está compuesto por gas y polvo que se calientan debido a la fricción y a las fuerzas gravitatorias extremas y, debido a ello, comienza a brillar e irradiar energía en el rango ultravioleta.
«Aunque este agujero negro está inactivo, su enorme tamaño nos ha permitido detectarlo»
Ignas Juodžbalis, del Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido.
En palabras de este cosmólogo, «su estado latente también nos ha permitido conocer la masa de la galaxia que lo alberga. El universo primitivo consiguió producir algunos monstruos absolutos, incluso en galaxias relativamente minúsculas».
Según los modelos estándar —los marcos teóricos fundamentales en física y cosmología que describen el comportamiento del universo—, los agujeros negros se forman a partir de los restos colapsados de estrellas muertas y acumulan materia hasta un extremo previsto. Este se conoce como límite de Eddington, donde la presión de la radiación sobre la materia supera la atracción gravitatoria del agujero negro.
Sin embargo, el enorme tamaño de este agujero negro sugiere que los modelos estándar podrían no explicar adecuadamente cómo se forman y crecen estos monstruos.
Ciclos de hiperactividad y de reposo
«Es posible que los agujeros negros nazcan ya grandes, lo que podría explicar por qué el James Webb ha detectado agujeros negros enormes en el universo primitivo —afirma el profesor Roberto Maiolino, coautor del estudio y miembro del Instituto Kavli y del Laboratorio Cavendish de la Universidad Cambridge, en una nota de prensa de esta universidad inglesa. Y añade—: Ahora bien, otra posibilidad es que pasen por periodos de hiperactividad, seguidos de largos periodos de letargo».
Pero, ¿es esto posible? Maiolino y sus colegas realizaron una serie de simulaciones por ordenador con el propósito de determinar cómo el agujero negro inactivo de GN-1001830 pudo alcanzar un tamaño tan enorme en una época tan temprana del universo.
Las simulaciones informáticas les pusieron sobre la pista: descubrieron que lo más probable es que los agujeros negros superen el citado límite de Eddington durante breves intervalos de tiempo en los que crecen a gran velocidad, seguidos de largos periodos de inacción.
Un sueño de cien millones de años
Los investigadores afirman que es probable que agujeros negros como el de la galaxia de GN-1001830 pasen entre cinco y diez millones de años engullendo todo lo que esté en su radio de acción, y luego hagan la digestión sumidos en un sueño de unos cien millones de años.
«Suena contraintuitivo explicar la existencia un agujero negro inactivo con periodos de hiperactividad, pero estas breves ráfagas le permiten crecer rápidamente mientras pasa la mayor parte del tiempo durmiendo la siesta», afirma Maiolino.
Dado que los periodos de hibernación son mucho más largos que los de crecimiento ultrarrápido, es en estos periodos cuando los astrónomos tienen mayores probabilidades de detectar agujeros negros. «Este fue el primer resultado que obtuve en mi doctorado, y tardé algo de tiempo en darme cuenta de lo extraordinario que era —explica Juodžbalis. Y continúa—: No fue hasta que empecé a hablar con mis colegas de la parte teórica de la astronomía cuando pude ver la verdadera importancia de este agujero negro».
La punta de un enorme iceberg cósmico
Debido a su pobre luminosidad, los agujeros negros inactivos son más difíciles de detectar para los astrónomos, pero los investigadores afirman que el que habita en la galaxia GN-1001830 es casi con toda seguridad la punta de un enorme iceberg, si se confirma que los agujeros negros del universo primitivo pasan la mayor parte del tiempo en brazos de Morfeo.
«Es probable que la inmensa mayoría de los agujeros negros que existen se encuentren en este estado latente. Me sorprende haber encontrado este, pero me emociona pensar que podríamos encontrar muchos más».
Roberto Maiolino, coautor del estudio y miembro del Instituto Kavli y del Laboratorio Cavendish.
Sin duda alguna, los agujeros negros que se formaron apenas cientos de millones de años después del big bang, en un periodo conocido como la época de reionización, cuando la luz comenzó a viajar libremente por el universo, y más en especial, los supermasivos, que ya existían menos de mil millones de años tras la gran explosión, ofrecen pistas sobre cómo las estructuras cósmicas, caso de las galaxias y los cúmulos, se desarrollaron durante la infancia del cosmos.
