Webb descubre agujero negro que devora materia 40 veces más rápido de lo que se creía posible

Astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb han detectado un agujero negro en el universo temprano que parece devorar materia 40 veces más rápido de lo que la teoría permite.

Interpretación artística que muestra una galaxia enana roja del universo temprano que alberga un agujero negro de rápida alimentación en su centro. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani.

Los agujeros negros supermasivos, presentes en el centro de la mayoría de las galaxias, suelen observarse en épocas sorprendentemente tempranas del universo, y aún no se comprende del todo cómo lograron crecer tan rápido. Sin embargo, el reciente hallazgo de un agujero negro de baja masa, que absorbe materia a un ritmo extremo tan solo 1,500 millones de años después del Big Bang, ofrece nuevas pistas sobre el crecimiento rápido de estos "leviatanes cósmicos".

El agujero negro, denominado LID-568, fue descubierto por un equipo de astrónomos liderado por Hyewon Suh, del Observatorio Gemini/NOIRLab, utilizando el James Webb. Este telescopio detectó emisiones tenues en el infrarrojo de galaxias brillantes en rayos X, que hasta ahora eran invisibles en otras longitudes de onda.

LID-568 se destacó por su intensa emisión de rayos X, y su posición exacta se determinó con el espectrógrafo NIRSpec del Webb, que permite captar espectros de cada píxel en el campo de visión. Esto reveló poderosos flujos de gas alrededor del agujero negro, sugiriendo que gran parte de su masa podría haber crecido en un único episodio de rápida absorción de materia.

Superando el límite de Eddington

En un descubrimiento impactante, los autores del estudio encontraron que LID-568 parece estar absorbiendo materia a un ritmo 40 veces superior a su límite de Eddington. Este límite se refiere a la luminosidad máxima que un agujero negro puede alcanzar y a la velocidad máxima a la que puede absorber materia, de modo que la fuerza gravitacional hacia adentro y la presión hacia afuera generada por el calor de la materia que cae en su interior permanezcan equilibradas. Cuando calcularon la luminosidad de LID-568 y vieron que era mucho mayor a lo teóricamente posible, el equipo supo que habían encontrado algo extraordinario.

Mapas del canal IFU/NIRSpec del JWST para la emisión de la línea H-alfa alrededor de LID-568. Crédito: H. Suh et al., Nature Astronomy, 2024.

«Este agujero negro está dándose un festín», dijo Julia Scharwächter, astrónoma del Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab y coautora del artículo publicado en Nature Astronomy. «Este caso extremo muestra que un mecanismo de alimentación rápida, superior al límite de Eddington, es una de las posibles explicaciones de por qué observamos agujeros negros tan masivos en etapas tempranas del universo».

Estos resultados ofrecen nuevas perspectivas sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de «semillas» más pequeñas, que según las teorías actuales, surgen ya sea 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 que supera el límite de Eddington sugiere que una parte significativa de su crecimiento de masa puede ocurrir durante un solo episodio de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada», explicó Suh.

El hallazgo de LID-568 también demuestra que es posible que un agujero negro supere su límite de Eddington, y brinda la primera oportunidad para que los astrónomos estudien cómo ocurre esto. Es posible que los poderosos flujos observados en LID-568 actúen como una válvula de escape para la energía excedente generada por la acreción extrema, evitando que el sistema se vuelva demasiado inestable.

Para investigar más a fondo los mecanismos en juego, el equipo planea realizar observaciones de seguimiento con el Webb.

Fuente: NOIRLab. Edición: MP.