Agujero negro inactivo en el Universo temprano desafía los modelos existentes        

Por: Sarah Collins, Universidad de Cambridge.

18 de diciembre de 2024

Ilustración de un agujero negro. Crédito de la imagen: Jiarong Gu.

Los científicos han descubierto un agujero negro enorme en el Universo primitivo que está “durmiendo” luego de un intenso periodo de consumo. Como un oso que se atiborra de salmón antes de hibernar durante el invierno, o una siesta muy necesaria después de la cena de Navidad, este agujero negro ha comido en exceso hasta el punto de permanecer inactivo en su galaxia anfitriona. Un equipo internacional de astrónomos, dirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA para detectar este agujero negro, apenas 800 millones de años después del Big Bang.

El agujero negro es enorme (400 millones de veces la masa de nuestro Sol), lo que lo convierte en uno de los agujeros negros más masivos descubiertos por el Webb en este punto del desarrollo del Universo. 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 en el Universo local tienen aproximadamente el 0,1% de la masa de su galaxia anfitriona.

Sin embargo, a pesar de su gigantesco tamaño, este agujero negro está consumiendo, o acumulando, el gas que necesita para crecer a un ritmo muy lento (unas 100 veces por debajo de su límite máximo teórico), lo que lo vuelve esencialmente inactivo. Un agujero negro tan masivo en una etapa tan temprana del universo, pero que no está creciendo, desafía los modelos existentes sobre cómo se desarrollan los agujeros negros. Sin embargo, los investigadores dicen que el escenario más probable es que los agujeros negros pasen por períodos cortos de crecimiento ultrarrápido, seguidos de largos períodos de inactividad.

Cuando los agujeros negros están “dormidos”, son mucho menos luminosos, lo que hace que sea más difícil detectarlos, incluso con telescopios de alta sensibilidad como el JWST. Los agujeros negros no se pueden observar directamente, sino que se detectan por el resplandor revelador de un disco de acreción giratorio, que se forma cerca de los bordes del agujero negro. El gas en el disco de acreción se calienta muchísimo y comienza a brillar y a irradiar energía en el rango ultravioleta.

Según los modelos estándar en astrofísica, los agujeros negros se forman a partir de los restos colapsados ​​de estrellas muertas y acumulan materia hasta un límite previsto, conocido como límite de Eddington, donde la presión de la radiación sobre la materia supera la atracción gravitatoria del agujero negro. Sin embargo, el gran tamaño de este agujero negro sugiere que los modelos estándar pueden no explicar adecuadamente cómo se forman y crecen estos monstruos.

“Es posible que los agujeros negros hayan nacido grandes, lo que podría explicar por qué Webb detectó agujeros negros enormes en el Universo primitivo”, dijo el coautor, el profesor Roberto Maiolino, del Instituto Kavli y el Laboratorio Cavendish de Cambridge. En colaboración con colegas de Italia, los investigadores de Cambridge realizaron una serie de simulaciones por ordenador para modelar cómo este agujero negro inactivo pudo haber crecido hasta alcanzar un tamaño tan masivo en una etapa tan temprana del Universo.

Descubrieron que el escenario más probable es que los agujeros negros puedan superar el límite de Eddington durante períodos cortos, durante los cuales crecen muy rápidamente, seguidos de largos períodos de inactividad: los investigadores afirman que los agujeros negros como este probablemente coman durante 5 a 10 millones de años y duerman durante unos 100 millones de años. “Parece contradictorio explicar un agujero negro inactivo con períodos de hiperactividad, pero estos breves estallidos le permiten crecer rápidamente mientras pasa la mayor parte del tiempo durmiendo”, afirmó Maiolino.

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