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El Telescopio Espacial James Webb identificó un agujero negro supermasivo con 50 millones de masas solares que existía apenas 700 millones de años después del Big Bang, en el universo primitivo, y que representa dos tercios de la masa total del objeto a su alrededor. El descubrimiento, publicado en Nature y en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, desafía el modelo clásico de formación de agujeros negros y sugiere que el objeto surgió antes de la propia galaxia. El agujero negro está en el objeto Abell2744-QSO1, un «Little Red Dot» ampliado por la lente gravitacional del Aglomerado de Pandora, a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra.
Por primera vez en la historia de la astronomía, los científicos lograron medir directamente la masa de un agujero negro que existía en el primer billón de años después del Big Bang, y el resultado es perturbador. El objeto, llamado QSO1, contiene un agujero negro supermasivo con aproximadamente 50 millones de veces la masa del Sol, y este monstruo gravitacional representa por sí solo dos tercios de toda la masa existente a su alrededor. La proporción es miles de veces mayor que la observada en galaxias cercanas, donde el agujero negro central responde por una fracción ínfima de la masa total, y sugiere que en este caso el agujero negro surgió primero y la galaxia está naciendo después de él.
Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge y coautor de los estudios, calificó el descubrimiento como «un cambio de paradigma, una revisión total de los escenarios clásicos de cómo los agujeros negros se forman y crecen». El James Webb observó el QSO1 a más de 13 mil millones de años luz de distancia, con la luz del agujero negro habiendo viajado desde una época en que el universo tenía apenas 700 millones de años. El objeto es ampliado por un efecto de lente gravitacional provocado por el cúmulo de galaxias Abell 2744, conocido como Aglomerado de Pandora.
Cómo los científicos midieron la masa del agujero negro
El equipo utilizó el instrumento NIRSpec del James Webb para mapear el movimiento del gas alrededor del agujero negro e identificar la composición química de la región. El hidrógeno que circunda el QSO1 presenta un patrón llamado rotación kepleriana, el mismo tipo de movimiento que los planetas hacen al orbitar el Sol, lo que permitió calcular directamente la masa del objeto usando leyes gravitacionales conocidas.
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El investigador Ignas Juodžbalis explicó que la rotación kepleriana es significativa porque indica que la mayor parte de la masa está concentrada en el agujero negro central. Si la masa estuviera distribuida entre muchas estrellas alrededor, el gas no tendría ese patrón orbital perfecto. La medición directa confirmó que el agujero negro posee aproximadamente 50 millones de masas solares, un valor consistente con las estimaciones indirectas anteriores de 40 millones.
El agujero negro que nació antes de la galaxia
Durante décadas, el modelo aceptado decía que los agujeros negros supermasivos surgían del colapso de grandes estrellas dentro de galaxias ya existentes y crecían gradualmente al consumir materia y fusionarse con otros agujeros negros. El problema siempre fue explicar cómo algunos de estos objetos alcanzaron masas de millones o billones de soles tan temprano en la historia del universo, cuando simplemente no había tiempo suficiente para el crecimiento gradual.
El QSO1 desafía este escenario porque el agujero negro representa dos tercios de la masa total del sistema, proporción que sería imposible si hubiera surgido dentro de una galaxia previamente formada. Juodžbalis afirmó que «encontramos un agujero negro que no posee una galaxia anfitriona sustancial y que antecedió procesos estelares», clasificando el descubrimiento como «evidencia de agujeros negros primordiales o de colapso directo, que habían sido teorizados, pero no confirmados».
El ambiente más primitivo ya observado alrededor de un agujero negro
Los mapas de composición química revelaron que el gas alrededor del agujero negro está formado casi totalmente por hidrógeno y helio, con cantidades mínimas de elementos más pesados como oxígeno. La metalicidad del QSO1 es inferior al 0,5% de la observada en el Sol, convirtiendo el ambiente en uno de los más «primitivos» ya medidos en toda la historia de la observación astronómica.
Esta composición es significativa porque elementos más pesados que hidrógeno y helio son producidos dentro de estrellas. La casi total ausencia de estos elementos alrededor del agujero negro refuerza la idea de que el objeto se formó en un entorno donde las estrellas aún no habían enriquecido el gas circundante. Para Maiolino, «es la primera medición directa de la masa de un agujero negro dentro del primer billón de años después del Big Bang».
Qué cambia el descubrimiento sobre el origen de los agujeros negros
Los científicos creen que el QSO1 puede haberse originado a partir de una «semilla pesada» formada en los primeros instantes después del Big Bang o del colapso directo de una gigantesca nube de gas primordial. En ambos escenarios, el agujero negro habría nacido enorme, sin necesitar de miles de millones de años de crecimiento gradual, lo que explica cómo ya era supermasivo cuando el universo aún era joven.
El QSO1 puede estar en las etapas iniciales de la formación de una galaxia a su alrededor, invirtiendo el orden que los científicos asumían: en lugar de que la galaxia cree el agujero negro, es el agujero negro el que está creando las condiciones para que la galaxia exista.
Si esta hipótesis se confirma con más observaciones del James Webb, el modelo de formación de estructuras en el universo necesitará ser reescrito. El James Webb ya ha identificado decenas de «Little Red Dots» similares al QSO1, y cada uno puede contener un agujero negro supermasivo que desafía el escenario clásico.
¿Sabías que un agujero negro de 50 millones de masas solares puede haber surgido antes de la propia galaxia? ¿Qué impresiona más: la edad de 13 mil millones de años, la proporción de dos tercios de la masa total o la composición primitiva del gas? Cuéntanos en los comentarios.
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