Un agujero negro fuera de control crece a ritmo extremo y parece ignorar los límites impuestos por la física
En los confines del tiempo, los astrónomos han hallado un coloso espacial que engulle gas a una velocidad asombrosa, rompiendo barreras físicas y revelando secretos sobre el origen del universo.
Recientemente fue presentado el descubrimiento de ID830, un cuásar extremadamente luminoso en rayos X situado a una distancia de z = 3.4 (algo así como 1800 millones de años después del Big Bang). Los autores del estudio determinaron que este objeto posee un agujero negro de masa intermedia.
El estudio destaca un exceso de emisión inusual en rayos X, lo cual sugiere la coexistencia de un chorro de radio potente y una corona caliente activa, algo que en el argot astronómico se conoce como fase de acreción super-Eddington, desafiando los modelos convencionales de crecimiento galáctico.
Lo anterior, hace pensar al equipo de astrónomos que el cuásar atraviesa una etapa de transición tras un estallido de acreción, para una posterior evolución hacia un estado más estable y concluyen que estos cuásares con fuerte emisión de radio podrían ser más comunes en el universo temprano de lo que pensábamos.
Esta fuente representa un eslabón clave para entender la retroalimentación (feedback) de los núcleos galácticos activos y su impacto en la formación de su galaxia anfitriona, que en general suelen ser galaxias jóvenes en las que apenas se están formando estrellas. Entender los procesos podría revelarnos cómo logran sobrevivir a un glotón como este.
Rompiendo las leyes de la alimentación estelar
El problema de este tipo de objetos es que, al superar el límite de Eddington, y acabarse el material disponible para crear estrellas, podría estar cavando su propia tumba.
De acuerdo con el estudio, los efectos principales de este crecimiento descontrolado son la generación de potentes chorros de radio, con una potencia estimada en 10 a la 46 ergios por segundo (el doble de lo que recibimos del Sol en un segundo). Esta energía permite que el chorro se acople con el medio interestelar (ISM) de la galaxia.
Como estos chorros son tan energéticos, pueden alcanzar distancias tan grandes como 10 kilopársecs (kpc), un poco menos de la mitad del tamaño de nuestra galaxia y, al hacerlo, calientan el gas circungaláctico e impulsan el gas fuera de su galaxia, lo que impide que el gas se enfríe y colapse para formar nuevas estrellas.
Este mecanismo de retroalimentación actúa como un regulador que vincula el festín extremo del agujero negro con la masa de la galaxia. Lo que sugiere que ID830 está moldeando activamente la evolución y frenando el crecimiento de su propia galaxia al limitar su capacidad de crear estrellas.
El futuro de una galaxia en transición
A pesar de que podría sonar preocupante lo que acabamos de describir, no lo es, este hallazgo es fundamental para comprender el origen y la evolución del universo temprano, ya que ayuda a resolver uno de los mayores enigmas de la astronomía moderna ¿cómo los agujeros negros supermasivos (SMBH) alcanzaron masas colosales tan rápido?
Los modelos estándar tienen dificultades para explicar la existencia de agujeros negros con miles de millones de masas solares cuando el universo tenía apenas unos cientos de millones de años. Este descubrimiento proporciona evidencia observacional de que crecer por encima del límite físico teórico, es un mecanismo que permite a estos objetos ganar masa a ritmos extremos.
Los científicos sugieren que ID830 representa una fase de transición crucial, pudiendo convertirse en el puente entre los "Pequeños Puntos Rojos" (objetos compactos y rojos detectados por el JWST que crecen rápidamente pero son débiles en rayos X) y los cuásares más maduros y estables que vemos en épocas posteriores.
Los datos obtenidos sugieren que este tipo de agujeros negros (radio-loud), podrían ser mucho más comunes en el universo temprano de lo que se pensaba anteriormente. Lo que implica que la influencia de estos gigantes en la evolución de las primeras estructuras del universo ha sido subestimada en los censos ópticos tradicionales debido al polvo cósmico.
Los ojos que vigilan el abismo
Para medir la luminosidad excepcional de ID830 en distintas bandas de energía, el equipo utilizó una combinación de avanzados observatorios espaciales y terrestres:
- Rayos X: El instrumento fundamental fue el telescopio espacial eROSITA, el cual, mediante el estudio eFEDS, permitió identificarlo como el cuásar con mayor luminosidad en rayos X de dicho campo. Complementariamente, se emplearon datos del instrumento Swift/BAT para establecer límites en el rango de rayos X duros.
- Radio: La potente emisión de radio fue medida a través del Very Large Array (VLA) (utilizando los catálogos FIRST y VLASS), el LOFAR (144 MHz), el GMRT (150 MHz) y el ASKAP.
- Rango Óptico e Infrarrojo:
- Se utilizaron espectros del SDSS (Sloan Digital Sky Survey) para analizar la luz en el rango óptico y ultravioleta.
- El telescopio Subaru, equipado con el espectrógrafo multiobjeto MOIRCS, fue clave para realizar espectroscopía en el infrarrojo cercano (banda J).
- La fotometría en el infrarrojo cercano se obtuvo del telescopio VISTA a través del estudio VIKING.
- Para el infrarrojo medio, se emplearon los datos del satélite WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer).
- Rayos Gamma: Se consultaron los registros del Fermi Large Area Telescope (LAT) para determinar los límites superiores de emisión en altas energías.
La presencia de potentes chorros de radio demuestra que el feedback galáctico operaba eficientemente en el amanecer cósmico, regulando el nacimiento estelar y moldeando sus galaxias anfitrionas.
Un hallazgo que no sólo aporta evidencia sobre cómo los primeros gigantes alcanzaron tanta masa, sino que resalta la necesidad de realizar más estudios. Futuras observaciones con el JWST serán cruciales para terminar de descifrar cómo estos banquetes dictaron el destino de las primeras estructuras del universo