El telescopio James Webb detectó tres agujeros negros supermasivos en una galaxia joven; dos están tan cerca que podrían fusionarse en unos 700 millones de años.
Un equipo internacional de astrónomos realizó un descubrimiento sin precedentes al utilizar el telescopio James Webb para estudiar una galaxia extremadamente distante y antigua: en su interior identificaron tres agujeros negros supermasivos activos, dos de los cuales se encuentran tan próximos que podrían terminar fusionándose.
El hallazgo, presentado en un artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, constituye la primera evidencia de una galaxia joven que alberga un sistema de tres agujeros negros supermasivos activos. Además, la cercanía entre dos de ellos indica que ambos están sujetos a una intensa interacción gravitacional y podrían encontrarse en una etapa previa a una eventual fusión.
La galaxia se encuentra a más de 12 mil 500 millones de años luz de la Tierra, por lo que los astrónomos la observan tal como era aproximadamente mil millones de años después del Big Bang. La enorme distancia convierte al descubrimiento en una oportunidad para estudiar cómo crecieron y evolucionaron los agujeros negros durante las primeras etapas del universo.
Hannah Übler, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y autora principal de la investigación, explicó que prácticamente todas las galaxias masivas estudiadas cuentan con un agujero negro en su centro. Aunque los científicos ya habían identificado algunos pares e incluso tríos de agujeros negros en galaxias relativamente cercanas, nunca habían observado un sistema triple tan distante.
La presencia de los tres objetos también ofrece información sobre la manera en que los agujeros negros supermasivos pudieron crecer desde los primeros momentos del universo. Estos cuerpos aumentan su masa al consumir materia, incluidas grandes cantidades de gas y, eventualmente, estrellas, mientras su enorme gravedad influye en el entorno de las galaxias donde se encuentran.
La observación de dos agujeros negros aparentemente próximos a fusionarse representa una evidencia de que estos procesos de crecimiento y evolución ya estaban ocurriendo en el universo temprano.
“Siempre se ha asumido que estos agujeros negros comenzaron a crecer en el universo primitivo. Ahora los estamos viendo en acción”, señaló Übler.
El descubrimiento fue posible gracias a las capacidades del telescopio espacial James Webb, que comenzó sus operaciones científicas hace aproximadamente cuatro años. Su tecnología permite captar luz infrarroja extremadamente tenue procedente de regiones muy lejanas del cosmos, incluida aquella que ha viajado durante más de 13 mil millones de años antes de llegar hasta nosotros.
El telescopio espacial Hubble, antecesor del Webb, no habría podido distinguir con el mismo nivel de detalle esta galaxia. Steven Finkelstein, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin que no participó en el estudio, explicó que la galaxia habría ocupado apenas unos cuantos píxeles en una imagen obtenida con la resolución del Hubble, lo que habría impedido identificar las estructuras asociadas con los tres agujeros negros.
Para localizar al trío, los investigadores utilizaron una de las capacidades del espectrógrafo de infrarrojo cercano del James Webb. Este instrumento permite separar las distintas longitudes de onda de la luz que recibe y analizar con mayor precisión el comportamiento de los gases presentes en la galaxia.
A través de estas observaciones, los científicos detectaron amplias líneas de hidrógeno desplazándose a velocidades de miles de kilómetros por segundo. De acuerdo con los investigadores, un movimiento tan extremo del gas es una de las señales que puede revelar la presencia de un agujero negro supermasivo que continúa creciendo y absorbiendo materia.
Después de identificar los tres objetos, el equipo pudo calcular las distancias que existen entre ellos. Los resultados mostraron que dos se encuentran suficientemente cerca como para que sus respectivas fuerzas gravitacionales estén interactuando y atrayéndolos.
El tercer agujero negro presenta un escenario distinto. Los investigadores consideran que podría incorporarse eventualmente al proceso de fusión de los otros dos, aunque también existe la posibilidad de que haya sido expulsado de la galaxia como consecuencia de una fusión ocurrida anteriormente.
Julie Comerford, profesora de astrofísica de la Universidad de Colorado Boulder que no participó en la investigación, señaló que el comportamiento futuro del tercer objeto todavía es incierto.
La forma en que los agujeros negros alcanzan tamaños tan extraordinarios continúa siendo una de las principales preguntas de la astrofísica. Los científicos comprenden de manera relativamente clara el origen de los agujeros negros de menor tamaño: pueden formarse cuando una estrella masiva agota su combustible, explota y posteriormente colapsa bajo su propia gravedad.
Estos objetos pueden tener una masa varias veces superior a la del Sol. Sin embargo, su tamaño resulta diminuto en comparación con los agujeros negros supermasivos, cuya masa puede alcanzar millones o incluso miles de millones de veces la del Sol.
El estudio encontró una diferencia considerable entre los tres objetos. El menor de los agujeros negros identificados posee una masa equivalente a aproximadamente 600 mil soles, mientras que el más grande alcanza una masa cercana a 80 millones de veces la del Sol.
La detección de este tipo de objetos también se ha vuelto más frecuente desde que comenzó a operar el James Webb. El telescopio está encontrando una cantidad de agujeros negros supermasivos en el universo primitivo que, de acuerdo con los investigadores, supera las expectativas que existían antes de su lanzamiento.
Esto ha obligado a los científicos a reconsiderar algunos modelos sobre la rapidez con la que estos objetos pudieron formarse y crecer durante las primeras etapas cósmicas.
Entre las hipótesis se encuentra la posibilidad de que algunos agujeros negros hayan nacido con masas extraordinariamente grandes. Otra explicación plantea que pudieron crecer a una velocidad excepcional al consumir enormes cantidades de gas y estrellas de su entorno.
Una tercera posibilidad, relacionada directamente con el nuevo descubrimiento, es que las fusiones entre agujeros negros hayan sido un mecanismo mucho más frecuente de lo que se pensaba. Bajo este escenario, dos objetos masivos podrían comenzar a orbitar uno alrededor del otro, acercarse progresivamente debido a sus interacciones gravitacionales y finalmente fusionarse en un agujero negro aún mayor.
En el caso observado por el equipo de Übler, los cálculos indican que la fusión de los dos agujeros negros más cercanos podría producirse dentro de aproximadamente 700 millones de años.
El descubrimiento proporciona así una nueva ventana para estudiar la evolución de los agujeros negros supermasivos y su relación con las primeras galaxias del universo. La observación de tres de estos objetos en una misma galaxia, y particularmente la cercanía entre dos de ellos, aporta evidencia sobre procesos de crecimiento y fusión que pudieron desempeñar un papel importante en la formación de las estructuras cósmicas que existen actualmente.
