Desde que el telescopio espacial James Webb comenzó a observar el universo profundo, unos diminutos objetos rojizos han desconcertado a los astrónomos. Los bautizaron Little Red Dots, o pequeños puntos rojos, y el problema era sencillo de plantear pero difícil de resolver: algunos parecían albergar agujeros negros demasiado grandes para una época tan temprana del universo.
Ahora, una gigantesca simulación realizada con la supercomputadora japonesa ATERUI III ofrece una explicación que no necesita recurrir a mecanismos especialmente exóticos. Según el nuevo trabajo, publicado en Nature, las condiciones naturales del universo primitivo podían producir enormes semillas de agujeros negros y permitir que crecieran a velocidades extraordinarias.
El viaje al pasado ocurrió dentro de una supercomputadora
El equipo dirigido por Sunmyon Chon, del Instituto Max Planck de Astrofísica, comenzó simulando grandes regiones del universo primitivo y fue aumentando progresivamente la resolución hasta seguir lo que ocurría dentro de nubes individuales de gas.
Eso permitió cubrir escalas que hasta ahora resultaban extremadamente difíciles de conectar en una misma simulación.
Y apareció un escenario particular. En regiones muy densas, las primeras galaxias emitían enormes cantidades de radiación ultravioleta lejana. Esa radiación impedía que algunas nubes de gas se enfriaran y fragmentaran normalmente para producir multitud de estrellas pequeñas.
En cambio, enormes cantidades de material continuaban acumulándose hasta favorecer el nacimiento de estrellas supermasivas, algunas con entre 500.000 y 900.000 veces la masa del Sol.
Su destino sería inevitable: colapsar y producir enormes semillas de agujeros negros.
Agujeros negros que crecían a una velocidad difícil de imaginar
La simulación produjo semillas cercanas al millón de masas solares, muchísimo mayores que las que dejaría una estrella convencional.
Pero ese era solamente el comienzo. Alrededor de estos agujeros negros se formaban discos extraordinariamente densos de gas. El material era tan espeso que atrapaba parte de la radiación producida durante la acreción, evitando que esa misma radiación expulsara rápidamente el gas circundante.
El resultado era una etapa de acreción super-Eddington: durante unos cientos de miles de años, el agujero negro podía absorber materia a velocidades decenas de veces superiores al límite habitual.
En las simulaciones, algunos pasaban de aproximadamente un millón a 30 millones de masas solares cuando el universo tenía apenas unos 600 millones de años.
Y ahí aparecen los puntos rojos del James Webb
Lo más interesante es que estos agujeros negros simulados no solo alcanzaban masas similares a las inferidas en algunas observaciones. También producían características espectrales compatibles con los misteriosos Little Red Dots.
El denso capullo de gas alrededor del agujero negro modifica la radiación que consigue escapar. Esa combinación produce un espectro muy rojo y fuertes emisiones de hidrógeno, dos características observadas por el James Webb.
Eso podría explicar por qué objetos aparentemente pequeños esconden una actividad tan intensa en una etapa tan temprana del cosmos.
No es todavía el final del misterio
El resultado tampoco significa que todos los puntos rojos observados por el Webb sean necesariamente agujeros negros creciendo de esta manera.
Los investigadores quieren ahora comparar las simulaciones con una población mucho mayor de Little Red Dots para determinar qué porcentaje puede explicarse mediante este mecanismo. También deberán estudiar si estas semillas terminan convirtiéndose en los agujeros negros de miles de millones de masas solares que aparecen posteriormente en los cuásares.
Pero la simulación resuelve una pieza fundamental del rompecabezas: demuestra que el universo temprano tenía condiciones capaces de fabricar agujeros negros enormes en muy poco tiempo.
Quizás los extraños puntos rojos del James Webb nunca estuvieron rompiendo nuestro modelo del universo. Simplemente nos estaban mostrando una etapa de su historia que hasta ahora nunca habíamos podido observar con suficiente detalle.
