Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto un agujero negro supermasivo «extremadamente rojo» que crece en el misterioso universo temprano.
El color rojo del agujero negro supermasivo, visto unos 700 millones de años después del Big Bang, es resultado de la expansión del universo. A medida que el universo se expande en todas direcciones, la luz que se dirige hacia nosotros se desplaza al rojo. En este caso, la luz desplazada al rojo indica un espeso manto de gas y polvo que cubre el agujero negro.
Al examinar los datos del telescopio espacial James Webb, el equipo de astronomía dirigido por Lukas Furtak y Adi Zitrin de la Universidad Ben-Gurion del Negev pudo determinar la masa del agujero negro supermasivo. Tiene alrededor de 40 millones de veces la masa del Sol y es inesperadamente masiva en comparación con la galaxia en la que vive.
El equipo también descubrió que el agujero negro supermasivo, situado a unos 12.900 millones de años luz de la Tierra, se está alimentando rápidamente del gas y el polvo que lo rodea. En otras palabras, crece.
Relacionado: El quásar más brillante jamás obtenido obtiene su energía de un agujero negro que devora un 'sol todos los días'
«Estábamos muy emocionados cuando el Telescopio Espacial James Webb comenzó a transmitir sus primeros datos. Estábamos escaneando los datos que llegaron para UNCOVER, y tres objetos rojos muy compactos pero con una floración prominente se destacaron y llamaron nuestra atención». Dijo en un comunicado. «Su aparición como un 'punto rojo' nos hizo sospechar inmediatamente que se trataba de un objeto parecido a un cuásar».
«Los tres puntos rojos»
Los cuásares se crean cuando grandes cantidades de materia rodean agujeros negros supermasivos como este. Este material forma un disco de gas y polvo llamado disco de acreción que alimenta gradualmente el agujero negro. La enorme influencia gravitacional del agujero negro mueve esta materia, generando temperaturas extremas y provocando que brille.
Además, la materia que no cae en el agujero negro supermasivo se dirige a los polos del gigante cósmico. Las partículas en estas regiones se aceleran a velocidades cercanas a la de la luz como chorros muy paralelos. Cuando estos chorros relativistas explotan, las explosiones van acompañadas de brillantes emisiones electromagnéticas.
Como resultado de estos fenómenos, los quásares sostenidos por agujeros negros supermasivos en núcleos galácticos activos (AGN) suelen ser tan brillantes que la luz que emiten supera a la luz combinada de cada estrella de la galaxia circundante.
La enorme cantidad de radiación que emana alrededor de este agujero negro supermasivo hizo que adquiriera una apariencia de pequeño punto en los datos del JWST.
«El análisis de los colores del objeto indicó que no era una galaxia típica de formación de estrellas. Esto apoya la hipótesis de un agujero negro supermasivo», dijo en el comunicado Rachel Bezanson, de la Universidad de Pittsburgh y codirectora del programa UNCOVER. «Combinado con su pequeño tamaño, quedó claro que probablemente se trataba de un agujero negro supermasivo, aunque todavía era diferente de otros quásares presentes en aquellos primeros tiempos».
El quásar primitivo no habría sido visto ni siquiera por el potente ojo infrarrojo del JWST sin un poco de ayuda del impacto predicho por Albert Einstein en 1915.
lente de einstein
La teoría de la relatividad general de Einstein propone que los objetos con masa distorsionan el tejido del espacio y el tiempo, que en realidad se unen como una sola entidad llamada «espacio-tiempo». La teoría continúa que la gravedad surge como resultado de esta curvatura. Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la curvatura “extrema” del espacio-tiempo.
Entonces, esta curvatura no solo les dice a los planetas cómo moverse alrededor de estrellas y estrellas y cómo moverse alrededor de los centros de sus galaxias, sino que también cambia los caminos de la luz proveniente de esas estrellas.
Cuanto más cerca está la luz de un objeto con masa, más «curvo» es su camino. Por lo tanto, el primer plano u «objeto de lente» puede desviar diferentes trayectorias de luz de un único objeto de fondo, cambiando la apariencia de la ubicación del objeto de fondo. A veces, el efecto puede hacer que un objeto de fondo aparezca en varios lugares de la misma imagen del cielo. Otras veces, la luz de un objeto del fondo simplemente se amplifica y ese objeto se magnifica.
Este fenómeno se conoce como «lente gravitacional».
En este caso, el Telescopio Espacial James Webb utilizó un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744 como objeto de lente en primer plano para amplificar la luz de las galaxias del fondo, que están demasiado distantes para verlas. Esto reveló el quásar muy rojo en el que se enfocaron, que originalmente tenía tres puntos rojos.
«Utilizamos el modelo de lentes numérico que construimos para el cúmulo de galaxias para determinar que los tres puntos rojos deben ser múltiples imágenes de la misma fuente de fondo, vistas cuando el universo tenía sólo unos 700 millones de años», dijo Zittrain.
Un análisis más detallado de la fuente de fondo reveló que su luz debe provenir de un área compacta.
«Toda la luz de esa galaxia tendría que caber en una región tan pequeña como un cúmulo de estrellas existente», dijo Jenny Green, investigadora de la Universidad de Princeton, miembro del equipo. «La ampliación creada por lentes gravitacionales nos ha dado límites de tamaño fantásticos». declaración. «Incluso si agrupamos todas las estrellas potenciales en una región tan pequeña, el agujero negro acabaría constituyendo al menos el 1% de la masa total del sistema».
Este descubrimiento añade más misterio a cómo los agujeros negros supermasivos, que pueden ser millones (o incluso miles de millones) de veces más masivos que el Sol, crecieron hasta alcanzar tamaños tan masivos durante la infancia del universo.
«Se ha descubierto que varios otros agujeros negros supermasivos en el universo temprano exhiben un comportamiento similar, lo que lleva a algunas perspectivas interesantes sobre el crecimiento de los agujeros negros y las galaxias anfitrionas, y la interacción entre ellos, que no se comprende bien», dijo Green. .
El telescopio espacial James Webb ha detectado una gran cantidad de «pequeños puntos rojos» a lo largo del tiempo. Estos también podrían apuntar a la alimentación de cuásares masivos impulsados por agujeros negros en el universo temprano, lo que podría significar que el misterio del asombroso crecimiento de los agujeros negros pronto podría resolverse.
“En cierto modo, este es el equivalente astrofísico del problema del huevo y la gallina”, concluyó Zittrain. «Actualmente no sabemos qué surgió primero: la galaxia o el agujero negro, qué tan masivos fueron los primeros agujeros negros y cómo crecieron».
La investigación del equipo fue publicada el 14 de febrero en la revista Nature.
«Fanático del alcohol exasperantemente humilde. Practicante de cerveza sin disculpas. Analista».