El telescopio espacial James Webb ha detectado una galaxia formada solo 570 millones de años después del Big Bang que alberga un objeto extremadamente masivo en rápido crecimiento. El hallazgo desafía las teorías sobre la evolución temprana de galaxias y agujeros negros.
Un equipo de astrónomos ha confirmado con imágenes del telescopio espacial James Webb (NASA/ESA/CSA) la existencia de un agujero negro supermasivo en activo dentro de una galaxia apenas 570 millones de años después del Big Bang.
CANUCS-LRD-z8.6, parte de una clase de pequeñas galaxias muy lejanas que han desconcertado a los investigadores, representa una pieza clave en el rompecabezas que cuestiona las teorías actuales sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el Universo primitivo. El descubrimiento conecta los primeros agujeros negros con los cuásares luminosos que observamos hoy.
En sus tres primeros años, los estudios de Webb sobre el Universo temprano han revelado un número creciente de objetos pequeños, extremadamente distantes y sorprendentemente rojos. Estas llamadas Little Red Dots (LRD) siguen siendo un misterio para los astrónomos, pese a su abundancia inesperada.
El hallazgo en CANUCS-LRD-z8.6, posible gracias a las capacidades excepcionales de Webb, aporta pistas en esta búsqueda de respuestas. El espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) permitió observar la tenue luz de esta galaxia lejana y detectar rasgos espectrales clave que apuntan a la presencia de un agujero negro en acreción.
Roberta Tripodi, autora principal del estudio e investigadora en la Universidad de Liubliana (Eslovenia) y en el INAF - Osservatorio Astronomico di Roma (Italia), explicó: “Este descubrimiento es realmente extraordinario. Hemos observado una galaxia de menos de 600 millones de años tras el Big Bang y no solo alberga un agujero negro supermasivo, sino que este crece rápidamente, mucho más de lo esperado en una galaxia tan temprana. Esto desafía nuestra comprensión sobre la formación de agujeros negros y galaxias en el Universo primitivo y abre nuevas vías de investigación sobre cómo surgieron estos objetos”.
Hemos observado una galaxia de menos de 600 millones de años tras el Big Bang y no solo alberga un agujero negro supermasivo, sino que este crece rápidamente, mucho más de lo esperado en una galaxia tan temprana
El equipo analizó el espectro de la galaxia, que mostró gas altamente ionizado por radiación energética y sugirió una rotación rápida en torno a una fuente central. Estas características son indicativas de un agujero negro supermasivo en acreción.
Los datos espectrales permitieron estimar la masa del agujero negro, revelando que es inusualmente grande para una etapa tan temprana del Universo, y mostraron que CANUCS-LRD-z8.6 es compacta y apenas ha producido elementos pesados, lo que indica que se encuentra en una fase inicial de evolución. Esta combinación la convierte en un objeto fascinante para el estudio.
Además, la espectroscopía de Webb permitió medir la energía emitida en diferentes longitudes de onda, con lo que se caracterizaron las propiedades físicas de la galaxia. Esto permitió determinar la masa estelar y compararla con la del agujero negro.
“Los datos que recibimos de Webb fueron absolutamente cruciales”, añadió Nicholas Martis, colaborador de la Universidad de Liubliana que ayudó a analizar el espectro. “Las características reveladas por Webb mostraron señales claras de un agujero negro en acreción en el centro de la galaxia, algo imposible de detectar con tecnología anterior. Lo más llamativo es que el agujero negro es sobredimensionado respecto a la masa estelar. Esto sugiere que los agujeros negros en el Universo temprano pudieron crecer mucho más rápido que las galaxias que los albergan”.
Los astrónomos habían observado previamente que la masa de un agujero negro supermasivo y la de su galaxia anfitriona están relacionadas: cuanto mayor es la galaxia, mayor es su agujero negro central.
CANUCS-LRD-z8.6 es la galaxia anfitriona más masiva conocida en una época tan temprana, pero su agujero negro es aún más masivo de lo esperado, rompiendo la relación habitual. El resultado sugiere que los agujeros negros pudieron formarse y crecer a un ritmo acelerado en el Universo primitivo, incluso en galaxias relativamente pequeñas.
“Este descubrimiento es un paso emocionante para comprender la formación de los primeros agujeros negros supermasivos en el Universo”, explicó Maruša Bradač, líder del grupo en la Universidad de Liubliana. “
El crecimiento inesperadamente rápido del agujero negro en esta galaxia plantea preguntas sobre los procesos que permitieron que objetos tan masivos surgieran tan pronto. A medida que seguimos analizando los datos, esperamos encontrar más galaxias como CANUCS-LRD-z8.6, que podrían darnos pistas aún más valiosas sobre el origen de agujeros negros y galaxias” señaló Bradač.
El equipo ya planifica observaciones adicionales con el Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) y con Webb para estudiar el gas frío y el polvo de la galaxia y afinar el conocimiento sobre las propiedades del agujero negro. Esta investigación sobre la LRD busca responder cuestiones cruciales sobre el Universo temprano, como cómo coevolucionaron agujeros negros y galaxias en el primer millardo de años de historia cósmica.
A medida que los astrónomos continúan explorando el Universo primitivo con el JWST, se esperan más sorpresas que ofrecerán una imagen cada vez más detallada de cómo crecieron y evolucionaron los primeros agujeros negros supermasivos, preparando el escenario para la formación de los cuásares luminosos que iluminan el cosmos actual.
Los resultados fueron obtenidos por la colaboración CANUCS a partir del programa de observación #1208 (PI: C. J. Willott) y se han publicado en Nature Communications.
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