Hace más de 12.500 millones de años, cuando el universo apenas había comenzado a formar sus primeras grandes galaxias, tres agujeros negros estaban creciendo dentro de una misma estructura cósmica. Dos se encontraban relativamente cerca entre sí, mientras que el tercero permanecía en una región más alejada. Durante miles de millones de años, la luz de aquel sistema viajó por el espacio hasta alcanzar los instrumentos del telescopio James Webb.
Lo que encontraron los astrónomos fue mucho más extraño de lo que sugerían las observaciones iniciales. En una galaxia denominada J0148-4214, que vemos tal como existía apenas 1.200 millones de años después del Big Bang, identificaron tres agujeros negros masivos que estaban absorbiendo materia simultáneamente.
El descubrimiento, presentado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, ofrece nuevas pistas sobre uno de los mayores misterios de la astronomía moderna: cómo algunos agujeros negros consiguieron alcanzar masas gigantescas cuando el universo todavía era extraordinariamente joven.
Tres agujeros negros en una sola galaxia: una configuración que el James Webb consiguió descubrir
Los agujeros negros no emiten luz directamente, pero el material que cae hacia ellos puede calentarse hasta temperaturas extremas y producir radiación detectable. Esa característica permite a los astrónomos estudiar objetos que, de otro modo, permanecerían invisibles.
Para investigar J0148-4214, el equipo dirigido por Hannah Übler utilizó NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano del James Webb. El instrumento permitió analizar cómo se distribuía la emisión del hidrógeno dentro de la galaxia y estudiar el movimiento del gas en diferentes regiones.
El resultado reveló tres zonas compatibles con agujeros negros activos. Dos se encuentran cerca del centro galáctico, separados por aproximadamente 620 años luz en distancia proyectada. El tercero está situado a unos 5.500 años luz del centro.
Según el estudio publicado en Astronomy & Astrophysics, los investigadores examinaron explicaciones alternativas, como supernovas, vientos estelares y movimientos violentos del gas. Sin embargo, las características espectrales favorecen la interpretación de tres agujeros negros que están incorporando materia.
El más pequeño está creciendo de una manera extraordinaria
Las estimaciones de masa revelaron una diferencia sorprendente. El mayor de los tres agujeros negros contiene aproximadamente 80 millones de masas solares. Otro alcanza unos dos millones, mientras que el más pequeño posee alrededor de 600.000 veces la masa del Sol. Pero el objeto más grande no es necesariamente el más activo.
El agujero negro de unas 600.000 masas solares está absorbiendo materia a un ritmo tan elevado que, según los cálculos, supera el llamado límite de Eddington, una referencia teórica que describe el equilibrio entre la atracción gravitatoria y la presión de la radiación generada por el material que cae.
Esto no significa que las leyes físicas hayan dejado de funcionar. Los episodios de acreción super-Eddington son posibles bajo determinadas condiciones y constituyen una de las explicaciones estudiadas para el crecimiento acelerado de los agujeros negros primitivos.
La combinación de tres objetos masivos, especialmente uno que crece de forma tan intensa, proporciona un ejemplo de cómo las primeras galaxias pudieron producir agujeros negros gigantes en períodos relativamente cortos.
Dos de estos gigantes podrían terminar fusionándose
La proximidad de los dos agujeros negros centrales también plantea otra posibilidad: que terminen uniéndose para formar un objeto todavía más masivo. Los modelos del equipo sugieren que podrían fusionarse en unos cientos de millones de años, considerando el sistema tal como existía en aquella época. Esa unión produciría ondas gravitacionales, perturbaciones del espacio-tiempo que futuros observatorios como LISA podrían estudiar en sistemas semejantes.
El tercer agujero negro añade una incógnita. Podría estar desplazándose hacia el centro galáctico o haber sido expulsado parcialmente de su posición original por interacciones gravitacionales anteriores. Los investigadores todavía no pueden determinar cuál de esos escenarios explica mejor su ubicación.
En su comunicado científico, la Sociedad Max Planck señala que las observaciones revelan cómo las interacciones y fusiones entre galaxias pudieron contribuir al rápido crecimiento de los agujeros negros durante los primeros miles de millones de años del cosmos.
El descubrimiento también deja una pregunta abierta: si el James Webb encontró tres agujeros negros activos en una sola galaxia lejana, ¿cuántos sistemas similares permanecen ocultos porque sus señales todavía no pueden distinguirse? Por ahora, J0148-4214 ofrece una pista extraordinaria. El universo primitivo no solamente formaba estrellas y galaxias: también reunía agujeros negros masivos en configuraciones capaces de transformar su evolución durante miles de millones de años.
