Azucena Martín
EditoraIncluso un instrumento tan poderoso como el Telescopio Espacial James Webb puede detectar fenómenos desconcertantes a veces. Es el caso de los múltiples puntitos rojos que ha ido encontrando por el Universo en los últimos años. Muchos de ellos son un misterio difícil de descifrar con la tecnología disponible. Sin embargo, gracias a un fenómeno de la física muy propicio, el propio James Webb ha conseguido adentrarse en uno de estos puntitos rojos, para encontrar algo fascinante. Un agujero negro que va en contra de la física conocida, por haberse formado antes que la galaxia que lo alberga.
Los datos. El agujero negro en cuestión es enorme, con una masa 50 millones de veces mayor que la del Sol. Se encuentra dentro de una galaxia diminuta, llamada Abell 2744-QSO1, con un diámetro de 1.300 años luz. Para que nos hagamos una idea, nuestra Vía Láctea tiene un diámetro de más de 100.000 años luz. Se calcula que esta galaxia se formó 700 millones de años después del Big Bang, por lo que es muy antigua. Sin embargo, según los cálculos de un equipo de científicos de las Universidades de Cambridge y Florencia, el agujero negro pudo formarse un segundo después de la explosión que dio lugar al Universo.
¿Qué fue antes, el huevo o la gallina? Si cambiamos el huevo y la gallina por la galaxia y el agujero negro, la respuesta hasta ahora estaba más o menos clara. No todas las galaxias tienen un agujero negro en su centro, pero sí la mayoría de ellas. Tradicionalmente se ha pensado que el agujero negro se formó cuando algunas de las estrellas de la galaxia se quedaron sin combustible y colapsaron. Se formó tal concentración de masa que su gravedad empezó a atraer todo lo que se encontraba a una distancia concreta (la que hay a su horizonte de sucesos) y, así, se fue alimentando, haciéndose más y más grande. Eso es lo que se creía, pero es una hipótesis que a veces no cuadra del todo.
Un puntito rojo con truco. El sistema formado por una galaxia diminuta y un agujero negro inmenso en su interior compone uno de los puntitos rojos detectados por el James Webb. La mayoría de ellos son muy difíciles de analizar, pero este cuenta con una ventaja que facilita su observación. Y es que, entre la galaxia y el James Webb, hay un cúmulo de galaxias llamado Abell 2744 (cúmulo de Pandora) que actúa como lente. Es tan masivo que dobla el espacio-tiempo a su alrededor y forma una especie de lente que permite ver la galaxia QSO1 con mayor tamaño. Dicho de forma muy simplificada, actúa como una lupa. Además, gracias a ese mismo efecto se forma una imagen triplicada que se puede analizar con más detalle.
Agujero negros primitivos. Al poder ver esas imágenes con lupa, se ha observado una galaxia diminuta y un agujero negro enorme, ambos muy antiguos. Generalmente, la masa de los agujeros negros no se puede medir. Los cálculos se hacen mediante suposiciones extrapoladas de lo que sabemos de los agujeros negros del Universo local. Así, se calculó que el agujero negro de QSO1 tenía una masa equivalente a 40 millones de veces la del Sol. Pero no cuadraba mucho para una galaxia tan pequeña. ¿Cómo podría haberse hecho tan grande “alimentándose” solo del material de la propia galaxia? Todo esto ha podido responderse, de nuevo, gracias al James Webb.
Más allá de la lupa. Para poder medir mejor este agujero negro, se ha usado la Unidad de Campo Integral (IFU) del espectrógrafo de infrarrojo cercano del James Webb. Este instrumento, en vez de centrarse en un solo punto, tiene la capacidad de realizar un mapa en 2D de una región del cielo. Así, puede rastrear los efectos de la gravedad sobre el gas que ocupa esa región concreta e incluso analizar la distribución de distintos elementos en ese mismo gas.
Con todo ello se ha visto algo interesante. Que el gas gira en torno a un centro de un modo parecido a como lo hacen los planetas alrededor del Sol. Según las leyes de Kepler, cuanto más lejos del centro orbita un objeto, más despacio lo hace. Esto se cumple con los planetas, pero también con el gas. Por lo tanto, el agujero negro debe ser muy muy masivo. Hasta ahí bien. Eso ya lo habíamos supuesto, ¿pero cuál es su masa?
Los cálculos de la verdad. Sabiendo a qué velocidad orbita un gas a cierta distancia, se puede saber la masa de su centro. Dado que el centro era el agujero negro, estos científicos solo tuvieron que hacer los cálculos para saber que su masa es equivalente a 50 millones de soles. Las suposiciones apuntaban a 40 millones, así que se habían quedado relativamente cerca en términos astronómicos. Pero es raro, ya que su masa es igual a dos tercios la de la galaxia. Es demasiado grande para esa galaxia.
Otro dato interesante. Dado que este instrumento del James Webb también permite determinar la composición del gas, se ha visto que el agujero negro consta principalmente de hidrógeno y helio. Hay muy poco oxígeno, como sería esperable si se hubiese formado únicamente a partir de las estrellas de su galaxia. De hecho, su metalicidad es menos de un 0,5% la del Sol. Todos estos datos no cuadran con un agujero negro que se formó a partir de su galaxia. Tuvo que formarse antes.
Las hipótesis. Todo esto apunta a que el agujero negro se formó por un colapso directo. ¿Pero cuándo? Eso no está tan claro, aunque hay dos hipótesis. Por un lado, podría haberse formado por una semilla pesada que se originó en el primer segundo del Big Bang. O quizás se formó un poco después, por el colapso de una nube de gas. Sea como sea, este es un gran hallazgo, ya que se trata de la primera medición directa de la masa de un agujero negro dentro de los primeros mil millones de años tras el Big Bang. Y lo bueno es que concuerda con las suposiciones que se habían extrapolado desde el Universo local.
Más puntos rojos. Los autores de los dos estudios que se han publicado sobre esta investigación consideran que puede haber más puntos rojos con detalles tan sorprendentes como este. Solo falta buscar las formas de adentrarse en ellos.
Imagen | NASA, ESA, CSA, L. Furtak (Ben-Gurion University), R. Maiolino (Cambridge), F. D'Eugenio (Cambridge), I. Juodžbalis (Cambridge), H. Übler (MPE), C. Marconcini (University of Florence). Image processing: A. Pagan
Ver 0 comentarios