Se rompe un hito cosmológico: por primera vez se mide directamente la masa de un agujero negro supermasivo

Gracias a observaciones con el James Webb un equipo de investigadores pudo determinar directamente la masa de un agujero negro supermasivo en los inicios del Universo, algo nunca antes conseguido.

Esta nueva imagen de Abell2744-QSO1, ampliada y capturada por triple imagen por el cúmulo de galaxias Abell 2744. Crédito: NASA, ESA, CSA.

Algo que ha intrigado por décadas a los astrónomos extragalácticos, sobre todo a quienes nos dedicamos al estudio de los agujeros negros primigenios, es decir, aquellos que residen en las primeras galaxias, conocidas como cuásares, es saber qué fue primero, el huevo o la gallina.

¿Primero se formó la galaxia con sus estrellas y a partir de eso se formó el agujero negro en el centro, el cual se alimentaría de estrellas o, si por el contrario, primero se formó el agujero negro y a partir de éstos, las galaxias?

Con la enorme cantidad de datos que ha arrojado el Telescopio Espacial James Webb, un equipo pudo realizar la primera medición directa de la masa de un agujero negro supermasivo en el Universo primitivo, o sea, cuando apenas tenía unos 700 millones de años. Investigación que reportaron en Nature.

Gracias a uno de los instrumentos principales del telescopio, el NIRSpec, se pudo estudiar el objeto llamado Abell 2744-QSO1, un cuasar clasificado en principio como uno de los pequeños puntos rojos encontrados en muchas de las observaciones del JWST, pues no se sabía si eran galaxias con mucho polvo o agujeros negros devorando materia.

Algo que contribuyó a entender mejor su origen, es que está aumentado debido a un lente gravitacional con el que se pudo estimar su distancia y fijarla en 13,000 millones de años, algo que en astronomía extragaláctica se mide utilizando el redshift o corrimiento al rojo y que para el objeto equivale a un z = 7.04, algo en verdad lejano.

Medición dinámica directa

La forma que utilizamos normalmente para medir la masa de los agujeros negros en el Universo primitivo es mediante mediciones indirectas, conocidas como relaciones viriales, las cuales se calibran con galaxias de nuestro entorno local.

Gracias a las observaciones en luz infrarroja, el JWST ha ayudado a resolver muchas dudas de los inicios del Universo.

Esta forma de calcular masas generaba serias dudas, pues no sabíamos si la masa de estos objetos estaba siendo sobreestimada. Técnicas como el mapeo de reverberación también son ocupadas, pero la incertidumbre del tamaño de la región estudiada hace que tampoco sean muy fiables los valores obtenidos.

Para superar esto, el equipo de investigación realizó la medición directamente, estudiando la dinámica del entorno del agujero negro, una técnica en la que se rastrea la forma en que el objeto central mueve el gas a su alrededor, ayudados de espectroscopía de campo integral y algo llamado espectroastrometría, para mapear en 3D la velocidad y dispersión del gas.

Lo que encontraron fue un campo de velocidades que reveló una rotación de tipo kepleriana alrededor de una masa puntual, descartando contundentemente otros modelos como la presencia de cúmulos estelares nucleares densos o halos de materia oscura. En el interior había un agujero negro sin duda.

Un agujero negro “desnudo”

Los datos cinemáticos confirmaron que, efectivamente, el sistema está dominado por un agujero negro con una masa de 50 millones de veces la masa del Sol. Un resultado que ayuda a validar estimaciones virales previas, lo que demuestra que no estábamos tan equivocados.

Lo que llamó la atención de los investigadores es que la proporción entre la masa del agujero negro y el sistema es de 2 a 1. Es decir, es de dos tercios de la masa total, algo que salta inmediatamente a la vista, pues en nuestro Universo local tan sólo representan el 0.1 % de la masa de la galaxia anfitriona.

Pequeños objetos rojos de los sondeos JADES, CEERS, PRIMER, UNCOVER y NGDEEP. Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College).

Lo anterior tiene una implicación importantísima para la cosmología, pues es el primer agujero negro “desnudo” que se ha descubierto hasta la fecha. Esto significa que estamos ante un objeto completamente libre de las regiones que usualmente lo cubren a esas distancias, además de que no existe casi materia estelar a su alrededor.

Un cambio de paradigma

Lo más impresionante de todo este estudio es que el hallazgo y confirmación de la masa del objeto central en Abell 2744-QSO1 supone una ruptura de los esquemas clásicos de la astrofísica extragaláctica. Ya que antiguamente pensábamos que primero se formaban las galaxias y posteriormente el agujero negro crecía en su interior.

Sin embargo, esta nueva evidencia sugiere que el protagonista, y por ende todos sus contemporáneos en los inicios del Universo, son los agujeros negros centrales, los cuales se habrían formado y crecido mucho antes que las estrellas de las galaxias anfitrionas.

Lo anterior apoya los modelos de formación conocidos como “semillas pesadas” o agujeros negros primordiales. Además de que la química circundante es prácticamente pura, es decir, casi no existen metales y por ende, nula formación estelar.

Todo esto nos lleva a la conclusión de que hemos encontrado una semilla de la creación en su estado más puro, en su fase más temprana de acreción y lo más increíble es que lo hemos podido hacer directamente, algo que sin duda no se podría haber conseguido sin la ayuda del James Webb. ¿Qué futuros descubrimientos nos deparará esta joya tecnológica?

Referencia de la noticia

Juodžbalis, I., Marconcini, C., D’Eugenio, F. et al. (2026). A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift. Nature 653, 1017–1021.