Utilizando el telescopio espacial James Webb, los astrónomos han descubierto un voraz agujero negro supermasivo que existió durante un período del cosmos llamado “mediodía cósmico” que ocurrió alrededor de 4 mil millones de años después del Big Bang. El descubrimiento podría arrojar más luz sobre el misterio de cómo los agujeros negros supermasivos crecen hasta alcanzar tamaños de millones e incluso miles de millones de veces el del sol.
Este agujero negro es parte de una colección de objetos que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha estado descubriendo en el cosmos temprano llamados “pequeños puntos rojos”, misteriosas motas de luz que fueron descubiertas recientemente gracias al increíblemente poderoso ojo infrarrojo de este telescopio espacial de 10 mil millones de dólares. Sin embargo, con una masa equivalente a 100 millones de veces la del Sol, este agujero negro no tiene nada de “pequeño”, por lo que el equipo de descubrimiento lo denominó “BiRD”, que significa Gran Punto Rojo.
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BiRD fue detectado en la región del cielo alrededor de un quásar previamente conocido llamado J1030+0524 (J1030), en sí mismo un agujero negro supermasivo ubicado a unos 12,5 mil millones de años luz de la Tierra. Esta región del cielo ha sido bien estudiada por los astrónomos, incluido este equipo, proveniente del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF). Sin embargo, fue mientras analizaba cuidadosamente las imágenes y los espectros obtenidos con la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del JWST que el equipo de investigación detectó una fuente de luz inusual. Un punto brillante en infrarrojo que nunca había sido revelado por rayos X y datos anteriores.
“A partir de las imágenes calibradas, se desarrolló un catálogo de las fuentes presentes en el campo. Fue allí donde notamos BiRD: un objeto brillante, puntiagudo, que, sin embargo, no era una estrella y no aparecía en los catálogos de rayos X y radio existentes”, dijo Federica Loiacono, líder del equipo e investigadora del INAF, en una declaración traducida del italiano. “Analicé su espectro, que nos informa sobre la composición química y algunas de las propiedades físicas del objeto”.
Esto es posible porque los elementos absorben y emiten luz a frecuencias específicas y características. Esto significa que los elementos dejan sus “huellas dactilares” en longitudes de onda de luz o espectros.
“Encontramos señales claras de hidrógeno, en particular la línea llamada Paschen gamma, una firma luminosa que revela la presencia de hidrógeno ionizado, y de helio, también visible en absorción”, dijo Loiacono. “Estos detalles nos permitieron estimar la distancia a BiRD, descubriendo que está relativamente cerca de nosotros en comparación con la mayoría de los pequeños puntos rojos conocidos hasta la fecha. Además, a partir del análisis del espectro de esta fuente, pudimos estimar la masa del agujero negro central: alrededor de 100 millones de veces la del Sol”.
Los pequeños puntos rojos son objetos muy compactos con curiosas características espectroscópicas. Existen muchas teorías posibles en torno a estos cuerpos, incluida una sugerencia reciente de que podrían ser una nueva clase de cuerpo celeste llamado “estrellas de agujero negro”. Una de las teorías predominantes postula que pequeños puntos rojos están alimentando y haciendo crecer agujeros negros supermasivos. El problema con este concepto es el hecho de que la región alrededor de los voraces agujeros negros debería emitir fuertemente en la región de rayos X del espectro electromagnético, pero ese no parece ser el caso de los pequeños puntos rojos o de BiRD.
Una posible explicación para esto es que los pequeños puntos rojos son las “semillas” masivas de los agujeros negros a partir de las cuales crecen los agujeros negros supermasivos y, por lo tanto, todavía están envueltos por gruesas capas de gas y polvo, cubiertas que absorben la radiación de rayos X de alta energía al tiempo que permiten que la luz infrarroja de baja energía se escape.
Pero incluso entre los pequeños puntos rojos conocidos, BiRD es un ejemplo extraño.
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“Antes de BiRD, sólo se conocían a esta misma distancia cósmica otros dos pequeños puntos rojos con las mismas características espectrales, incluidas las líneas de helio y los rayos gamma de Paschen”, explicó Loiacono. “Al comparar las propiedades espectrales de BiRD con las de los otros dos, encontramos grandes similitudes: el ancho de las líneas, la absorción, la masa del agujero negro y la densidad del gas son muy similares. Esto nos llevó a concluir que BiRD pertenece a la misma familia que los pequeños puntos rojos”.
Además del descubrimiento de BiRD, esta investigación podría cambiar la forma en que los científicos piensan sobre los pequeños puntos rojos y, a su vez, el crecimiento y evolución de los agujeros negros supermasivos. Anteriormente se pensaba que estos objetos habrían comenzado a desaparecer cuando llegó el mediodía cósmico hace aproximadamente 11 mil millones de años. Sin embargo, este equipo realizó un cálculo estimando la abundancia de pequeños puntos rojos durante el mediodía cósmico y descubrió que todavía eran numerosos durante esta época cósmica.
“El desafío ahora es ampliar el estudio a un mayor número de LRD cercanos, que podamos estudiar con mayor detalle que los distantes, para construir una imagen más completa”, concluyó Loiacono. “JWST ha abierto una nueva frontera en la astrofísica extragaláctica, revelando objetos que ni siquiera sospechábamos que existían, y estamos sólo en el comienzo de esta aventura”.
La investigación del equipo fue publicada el jueves (30 de octubre) en la revista Astronomy & Astrophysics.