Investigadores que examinan algunas de las galaxias más antiguas del Universo han encontrado una que parece tener un agujero negro central que se alimenta activamente. Según la cantidad de radiación que emite, los investigadores estiman que representa aproximadamente la mitad de la masa de toda la galaxia en la que se encuentra, una fracción sorprendentemente alta en comparación con las galaxias modernas.
El hecho de que un objeto tan grande pueda existir sólo 500 millones de años después del Big Bang impone severos límites a cómo podría haberse formado, lo que sugiere fuertemente que los agujeros negros supermasivos se formaron sin haber pasado nunca por un paso intermedio que involucrara a una estrella.
Viejas radiografías
Las galaxias más antiguas del Universo que conocemos se identificaron utilizando el Telescopio Espacial James Webb, que aprovechó un cúmulo de galaxias en primer plano para ampliar las más distantes mediante lentes gravitacionales. Utilizando la lente proporcionada por un cúmulo específico, Webb identificó 11 galaxias que fueron fotografiadas tal como existían menos de mil millones de años después del Big Bang.
Un equipo internacional de astrónomos decidió comprobar en estas galaxias la presencia de agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias modernas. Cuando estos se alimentan, emiten grandes cantidades de rayos X, por lo que los investigadores recurrieron al Observatorio de rayos X Chandra, usándolo para obtener imágenes de la región de la lente y comparando la posición de las fuentes con las de las galaxias identificadas por Webb. Para recopilar suficientes datos, el Chandra pasó hasta dos semanas obteniendo imágenes de un solo lugar.
Hubo una coincidencia clara con una galaxia llamada UHZ1, que la lente gravitacional aumenta casi cuatro veces. Los rayos X de este lugar sobresalían del fondo en cuatro desviaciones estándar. (Puede haber información sobre rayos X asociados con las otras 10 galaxias, pero los investigadores dicen que la publicarán por separado). UHZ1 tiene un corrimiento al rojo de z=10, lo que significa que la estamos observando tal como existía hace aproximadamente 500 millones de años después del Big Bang.
La cantidad de energía proveniente de esta fuente de rayos X es consistente con un núcleo galáctico activo, objetos que son impulsados por un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia. Basándose en las longitudes de onda detectadas, los investigadores creen que el objeto se encuentra envuelto en un manto de polvo y gas dentro de su galaxia anfitriona.
¿Qué tan rápido come un agujero negro?
Para comprender estos resultados, es necesario comprender el límite de Eddington, que determina la rapidez con la que un agujero negro puede incorporar material de su entorno. El límite, que lleva el nombre de Arthur Eddington, quien realizó los primeros cálculos, lo establece el hecho de que la materia tiene que perder energía para caer en el agujero negro; de lo contrario, simplemente permanecería en órbita a su alrededor. Esa energía se perderá en forma de radiación, que será absorbida por la materia cercana y la alejará más del agujero negro.
Como resultado, incluso si hay mucho material disponible para que un agujero negro se alimente, su dieta termina siendo limitada: si se alimenta en exceso, la radiación ahogará el suministro de alimentos. Entonces, dada la masa del agujero negro, el Límite de Eddington se puede calcular como la cantidad máxima de material que puede ingerir en un tiempo determinado.
Hay formas de superar el límite de Eddington si se canaliza material hacia el agujero negro. Pero estos requieren configuraciones muy específicas de gas que alimentan el material directamente hacia el pozo de gravedad, por lo que se cree que la alimentación súper Eddington es una aberración temporal.