El telescopio espacial James Webb ha mirado hacia una etapa extremadamente temprana del universo y ha encontrado algo que los astrónomos nunca habían identificado tan lejos: tres agujeros negros masivos alimentándose dentro de una misma galaxia.
El sistema se encuentra en J0148−4214, una galaxia cuya luz ha necesitado más de 12.500 millones de años para llegar hasta nosotros. Su corrimiento al rojo, de 5,02, permite verla tal y como era aproximadamente 1.200 millones de años después del Big Bang.
No es solo una fotografía extraordinariamente antigua. La disposición de los tres objetos ofrece una posible respuesta a uno de los grandes enigmas de la cosmología: cómo algunos agujeros negros consiguieron alcanzar tamaños descomunales cuando el universo todavía era muy joven.
El Webb no vio los agujeros negros: detectó la violencia que ocurría a su alrededor
Los agujeros negros no emiten luz, por lo que el Webb no podía fotografiarlos directamente. El equipo dirigido por Hannah Übler, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, siguió en su lugar el hidrógeno que giraba a velocidades extremas alrededor de ellos.
Las observaciones se realizaron con NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano del telescopio, utilizando su unidad de campo integral. En los datos aparecieron tres componentes anchos de emisión de hidrógeno alfa, la señal característica del gas acelerado dentro de las regiones que rodean a agujeros negros activos.
Los dos objetos centrales estaban demasiado juntos para distinguirlos como puntos separados. Los investigadores recurrieron entonces a la espectroastrometría, una técnica capaz de detectar desplazamientos diminutos en las emisiones. Así calcularon que se encontraban a unos 620 años luz de distancia en proyección. El tercer agujero negro apareció en la periferia de la galaxia, aproximadamente a 5.500 años luz del centro.
El equipo analizó explicaciones alternativas (supernovas, ondas de choque, vientos estelares o estrellas extremadamente masivas), pero las firmas espectrales no encajaban. El resultado constituye la primera evidencia de tres agujeros negros activos dentro de una galaxia del universo distante, según el Instituto Max Planck.
El más pequeño es el que está comiendo más deprisa
Los tres agujeros negros poseen masas muy diferentes. El mayor alcanza aproximadamente 80 millones de masas solares. Su acompañante central tiene unas 600.000 masas solares, mientras que el objeto situado en la zona exterior ronda los dos millones.
La sorpresa es que el gigante no es el más voraz. El agujero negro de 600.000 masas solares está acumulando materia con mayor intensidad y supera el llamado límite de Eddington, el punto en el que la radiación producida por el material caliente debería comenzar a expulsar parte del gas y frenar su crecimiento.
Los cálculos publicados en el estudio BlackTHUNDER también estiman que J0148−4214 contiene alrededor de 1.300 millones de masas solares en estrellas. Eso convierte al agujero negro principal en un objeto desproporcionadamente grande para una galaxia todavía tan joven.
Una posibilidad es que los objetos menores llegaran durante fusiones con otras galaxias. En el universo primitivo, estas colisiones eran mucho más frecuentes y podían depositar varios agujeros negros dentro de un espacio relativamente pequeño.
Dos podrían fusionarse en 660 millones de años y el tercero tiene un destino más violento
Los dos agujeros negros centrales todavía no formarían una pareja gravitacional completamente ligada. Sin embargo, el estudio indica que probablemente ya se encuentran sometidos a fricción dinámica: pierden energía al interactuar con las estrellas, el gas y la materia oscura que los rodean, lo que reduce progresivamente su separación.
Un cálculo simplificado sitúa su aproximación en unos 550 a 660 millones de años. Después tendrían que atravesar otras fases antes de terminar fusionándose y emitir una enorme oleada de ondas gravitacionales.
El destino del tercer agujero negro es más incierto. Podría tardar entre 5.000 y 5.900 millones de años en alcanzar el centro. También podría ser el superviviente desplazado de una fusión anterior o haber sido expulsado hacia el exterior durante una interacción gravitacional entre los tres cuerpos.
La futura misión espacial LISA de la Agencia Espacial Europea, prevista para 2035, está diseñada precisamente para detectar las ondas generadas por fusiones de agujeros negros masivos.
Para nosotros, todo esto ocurrió hace más de 12.000 millones de años. Es posible que aquellos agujeros negros ya se hayan fusionado o que uno terminara vagando fuera de la galaxia. El James Webb acaba de mostrarnos el instante anterior al desenlace: tres monstruos cósmicos compitiendo por crecer cuando el universo apenas había comenzado.
