El agujero negro que no debería existir. Y lo que revela sobre el universo primitivo

En algún lugar a 1.500 millones de años luz de distancia, hay un agujero negro que no debería existir. No porque esté ahí, sino por lo que está haciendo. Un equipo internacional de astrónomos acaba de pillarlo con las manos en la masa, consumiendo materia a un ritmo feroz y al mismo tiempo bombardeando el espacio con rayos X y ondas de radio. La teoría dice que esto no debería suceder. Y, sin embargo, aquí está, obligando a los físicos a volver a la mesa de dibujo.

El objeto tiene el poco glamuroso nombre ID830. Se encuentra en algún lugar cerca de la constelación de Leo, y nadie lo habría notado sin el estudio de rayos X del satélite eROSITA. Una entrada de catálogo entre millones. Pero lo que lo hace especial no se desprende del nombre ni de las coordenadas. Primero debe conocer el límite de Eddington. Entonces todo encaja en su lugar.

Piense en el límite de Eddington como un obstáculo cósmico. Cuando el gas gira en espiral hacia un agujero negro, la radiación del material que cae comienza a retroceder. Duro. La presión aumenta hasta que llega a un punto en el que ya no puede caer nada más. Es un gobernador natural y los agujeros negros supermasivos lo respetan. Se alimentan de manera constante, incluso con avidez, pero rara vez rompen esta regla fundamental.

ID830? Está rompiendo esa regla. Consumir material aproximadamente 13 veces el límite de Eddington.

La teoría es bastante clara sobre lo que debería suceder a continuación. “En los modelos actuales, la acreción de Super-Eddington debería cambiar el flujo de gas y suprimir la producción de rayos X y ondas de radio”, explica el equipo de investigación. En otras palabras: si se empuja un agujero negro más allá del límite, se esperaría que se silenciara. La presión de la radiación ahogaría los rayos X. Los chorros chisporrotearían. Nada. Pero ID830 no recibió la nota. Está emitiendo rayos X a todo volumen y disparando ondas de radio por todo el cosmos, mientras se atiborra a un ritmo imposible.

Para comprender lo que estaban mirando, el equipo reunió datos de múltiples observatorios. El espectrógrafo infrarrojo de Subaru mostró un quásar enrojecido por el polvo, lo que sugiere que el agujero negro se encuentra en una espesa nube de material. Cuando calcularon la masa, resultó en aproximadamente 440 millones de soles. Eso es grande. Pero no lo suficientemente masivo como para explicar la luz que se produce si todo transcurriera normalmente.

Las observaciones de radio fueron igualmente reveladoras. Cinco instalaciones diferentes, con frecuencias que van desde 144 megahercios a 3 gigahercios, pintaron el mismo cuadro: un potente jet, joven y hambriento, que arroja material hacia el exterior a casi la velocidad de la luz. Pero algo era extraño. El avión parecía compacto. No hay grandes lóbulos que se extiendan por el cielo. Este no era un sistema maduro. Algo todavía se estaba ensamblando, todavía en proceso de cambio.

Si lo juntamos, obtendremos una imagen del caos cósmico. ID830 probablemente fue golpeado por una repentina oleada de material que cayó. Quizás una estrella se acercó demasiado y se rompió. Quizás algo más desencadenó un violento aumento en la tasa de acreción. De cualquier manera, el sistema fue empujado al régimen de súper Eddington. Duro y rápido.

Aquí es donde se vuelve realmente extraño. La teoría dice que el ID830 ya debería estar en silencio. La presión de la radiación debería haber ahogado el sistema. Los rayos X deberían haberse apagado. En cambio, la corona sigue ardiendo y el chorro sigue disparando. El exceso de rayos X es aproximadamente 1,4 veces más brillante de lo que predicen los modelos. Lo cual no debería ser posible.

Entonces, ¿qué está pasando? El equipo cree que ID830 está estancado en un momento de transición. Después de que estalló la acreción, el sistema aún no se ha asentado. La corona todavía está caliente. El avión sigue encendiendo. Es como si hubiéramos atrapado el agujero negro en el instante exacto en que ambos motores están funcionando a toda velocidad, antes de que todo se enfríe y se calme gradualmente.

Esta idea tiene un apoyo inesperado. Una galaxia cercana llamada 1ES 1927+654 pasó por algo similar hace unos años. Probablemente una estrella fue destrozada. Los astrónomos observaron lo que sucedió después. La galaxia pasó por diferentes estados. Desde una alimentación extrema, pasando por una fase con exceso de rayos X (la fase en la que parece estar el ID830 ahora), y finalmente hacia un régimen de alimentación más normal. El patrón parece familiar. Sólo que en una escala de tiempo muy diferente, porque el agujero negro de ID830 es mucho más masivo.

Si tienen razón, ID830 nos muestra algo que nos ha costado entender. Cuando el universo era joven, los agujeros negros supermasivos crecieron a una velocidad absurda. Monstruos de miles de millones de masas solares se reunieron cuando no había tiempo para ello. La acumulación estándar es demasiado lenta. Necesitas alimentación extrema. Necesitas fases súper-Eddington. Pero nunca hemos encontrado buenos ejemplos. ID830 podría ser uno.

ID830 es como un fósil conservado en ámbar cósmico. Pero no lo confunda con algo delicado o silencioso. Ese chorro por sí solo, con su potencia estimada en cientos de billones de megavatios, es suficiente para calentar el medio intergaláctico y apagar la formación de estrellas en cúmulos de galaxias enteros. Incluso en transición, incluso aún asentándose, es un motor cósmico de notable violencia.

Las implicaciones son grandes. Las cifras del equipo sugieren que los cuásares con ruido de radio como el ID830 deberían ser de cinco a diez veces más comunes en estas épocas tempranas de lo que muestran las encuestas. De ser cierto, los agujeros negros estaban remodelando las galaxias en aquel entonces de manera mucho más eficiente de lo que pensábamos. Es posible que toda la maquinaria de retroalimentación AGN haya estado funcionando mucho más intensamente en el universo joven.

Y hay una cosa más. ID830 rompe los modelos tan a fondo que se convierte en un caso de prueba. Cuando los agujeros negros se alimentan a velocidades extremas, las simulaciones sugieren que el disco de acreción se hincha. Se vuelve espeso, desarrolla intensos flujos. Hay una región cálida de la corona en algún punto intermedio, predicha por la teoría pero difícil de detectar en la práctica. El exceso de rayos X de ID830 podría ser esa región que se muestra. Podría ser. Aún no estamos del todo seguros.

Eso es lo que pasa con las anomalías. Nos muestran dónde falla nuestra comprensión. ID830 no es sólo un rompedor de reglas. Es una invitación. Para entender mejor las reglas. Revisarlos allí donde fallan. Resulta que la naturaleza es bastante buena para encontrar soluciones en las que aún no hemos pensado. Los primeros agujeros negros del universo han descubierto algo. Todavía estamos tratando de averiguar qué.

Enlace del estudio: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae1d6d