Webb descubre un agujero negro supermasivo 'extremadamente rojo' creciendo en el Universo temprano

Un agujero negro supermasivo 40 millones de veces más masivo que el Sol es la fuente de energía de un cuásar que apareció apenas 700 millones de años después del Big Bang.

Utilizando el telescopio espacial James Webb, los astrónomos han descubierto un agujero negro supermasivo “extremadamente rojo” que crece en el Universo temprano, todavía bastante oscuro.

El tono rojo del agujero negro supermasivo que vemos unos 700 millones de años después del Big Bang es el resultado de la expansión del Universo. A medida que el Universo se expande en todas direcciones, la luz que viene hacia nosotros “se enrojece”, y en este caso el desplazamiento de la luz hacia el rojo indica un manto de denso gas y polvo que envuelve el agujero negro.

Al estudiar los datos de Webb, un equipo de astrónomos dirigido por Lukas Furtak y Adi Zitrin de la Universidad Ben-Gurion del Negev pudieron determinar la masa del agujero negro supermasivo. Su masa es aproximadamente 40 millones de veces la del Sol, lo que lo hace inesperadamente masivo en comparación con la galaxia que habita.

El equipo también descubrió que el agujero negro supermasivo, situado a unos 12.900 millones de años luz de la Tierra, está devorando rápidamente el gas y el polvo que lo rodea. En otras palabras, está creciendo.

“Estábamos muy emocionados cuando Webb comenzó a enviar sus primeros datos. Estábamos escaneando los datos entrantes para el programa UNCOVER y tres objetos muy compactos, pero rojos, se destacaron y llamaron nuestra atención”, dijo Furtak en un comunicado. Estos puntos rojos nos hicieron sospechar inmediatamente que se trataba de un objeto parecido a un cuásar”.

Tres puntos rojos

Los cuásares se forman cuando enormes cantidades de materia rodean agujeros negros supermasivos como este. Esta materia forma un disco de gas y polvo llamado disco de acreción, que alimenta gradualmente el agujero negro. La enorme atracción gravitacional del agujero negro mezcla esta materia, creando temperaturas intensas y provocando que brille.

Además, la materia que no cae en el agujero negro supermasivo se dirige a los polos del titanio cósmico. Las partículas en estas regiones se aceleran a velocidades cercanas a la de la luz y se convierten en chorros altamente colimados. Cuando estos chorros relativistas estallan, el proceso va acompañado de una brillante radiación electromagnética.

Como resultado de estos fenómenos, los quásares, generados por agujeros negros supermasivos en núcleos galácticos activos, suelen ser tan brillantes que la luz que emiten a menudo eclipsa la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia circundante.

La enorme cantidad de radiación emitida desde las proximidades de este agujero negro supermasivo hizo que apareciera como un pequeño punto en los datos de Webb.

“El análisis de los colores del objeto mostró que esta no es una galaxia típica de formación de estrellas. Esto apoya aún más la hipótesis de un agujero negro supermasivo”, dijo en un comunicado Rachel Bezancon de la Universidad de Pittsburgh y una de las líderes del programa UNCOVER. . “A juzgar por su tamaño compacto, se hizo evidente que lo más probable es que se tratara de un agujero negro supermasivo, aunque todavía se diferenciaba de otros quásares descubiertos en aquellos primeros tiempos.

El primitivo quásar no habría sido visible ni siquiera para el potente ojo infrarrojo de Webb sin un poco de ayuda de un efecto predicho por Albert Einstein en 1915.

lente de einstein

La teoría de la relatividad general de Einstein sugiere que los objetos con masa doblan la estructura misma del espacio-tiempo. La teoría es que la gravedad surge de esta curvatura. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más curvado es el espacio-tiempo.

Entonces, esta curvatura no solo les dice a los planetas cómo moverse alrededor de las estrellas y a las estrellas cómo moverse alrededor de los centros de sus galaxias, sino que también cambia los caminos de la luz proveniente de esas estrellas.

Cuanto más se acerca esta luz a un objeto masivo, más se “dobla” su trayectoria. Por lo tanto, un objeto en primer plano u “objeto de lente” puede desviar diferentes trayectorias de luz de un único objeto de fondo y cambiar la ubicación aparente del objeto de fondo. A veces, este efecto puede incluso hacer que aparezca un objeto de fondo en varios lugares de la misma imagen del cielo. En otros casos, la luz de un objeto del fondo simplemente se amplifica, haciendo que ese objeto parezca más grande.

Este fenómeno se conoce como “lente gravitacional”.

En este caso, Webb utilizó un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744 como cuerpo lente de primer plano para amplificar la luz de las galaxias de fondo que, de otro modo, estaban demasiado distantes para observar. Esto hizo posible detectar un quásar extremadamente rojo: fue este objeto el que los astrónomos observaron de cerca y primero vieron tres puntos rojos.

“Utilizamos un modelo de lentes numérico que construimos para cúmulos de galaxias para darnos cuenta de que los tres puntos rojos deben ser múltiples imágenes de la misma fuente de fondo, visibles incluso cuando el universo tenía sólo unos 700 millones de años”, dice Zitrin.

Un análisis más detallado de la fuente de fondo mostró que su luz debe haber venido de una pequeña región.

“Toda la luz de esta galaxia debe caber en una pequeña región del tamaño de un cúmulo de estrellas moderno. Ampliar la fuente utilizando lentes gravitacionales nos dio limitaciones claras en su tamaño”, dijo Jenny Greene, miembro del equipo e investigadora de la Universidad de Princeton, en un comunicado. “Incluso si pusiéramos todas las estrellas posibles en una región tan pequeña, el agujero negro acabaría constituyendo al menos el 1% de la masa total del sistema”.

Este descubrimiento profundiza aún más el misterio de cómo los agujeros negros supermasivos, que pueden ser millones (o incluso miles de millones) de veces más masivos que el Sol, crecieron hasta alcanzar tamaños tan enormes durante la formación del Universo.

“Se han descubierto varios otros agujeros negros supermasivos en el Universo temprano que exhiben un comportamiento similar, lo que genera ideas intrigantes sobre el crecimiento del agujero negro y la galaxia anfitriona, así como la interacción entre ellos, que no se comprende muy bien”, dijo Green. dicho.

Con el tiempo, Webb descubrió muchos “pequeños puntos rojos”. También pueden indicar que los quásares fueron impulsados ​​por agujeros negros supermasivos en el Universo temprano, lo que sugiere que el asombroso misterio del crecimiento de los agujeros negros pronto podría resolverse.

“En cierto modo, este es el equivalente astrofísico del problema del huevo y la gallina”, concluyó Citrin. “Actualmente no sabemos qué surgió primero, si la galaxia o el agujero negro, qué tan masivos fueron los primeros agujeros negros ni cómo crecieron”.

La investigación del equipo fue publicada el 14 de febrero en la revista Nature.