Cunde el temor entre los astrofísicos: confirman la existencia de un agujero negro supermasivo de 50 millones que podría acabar con el universo

El telescopio espacial James Webb ha identificado un gigantesco agujero negro primordial que podría haberse formado antes que la galaxia que lo alberga. Hasta ahora, la astrofísica moderna trabajaba con una secuencia bastante estable para explicar la evolución del universo temprano. Primero, enormes nubes de gas colapsaban y daban lugar a las primeras estrellas, que posteriormente formaban galaxias primitivas. Con el paso del tiempo, la muerte de algunas de estas estrellas originaba agujeros negros de masa estelar que, mediante fusiones y la acumulación progresiva de materia, podían crecer hasta convertirse en agujeros negros supermasivos.

Sin embargo, un nuevo hallazgo publicado de forma simultánea en las revistas científicas Nature y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pone en duda esta cronología y obliga a reconsiderar cómo pudieron desarrollarse las primeras estructuras del cosmos. El equipo dirigido por el investigador Roberto Maiolino ha estudiado la dinámica del gas en una región situada a unos 13.000 millones de años luz, lo que ha permitido observar con sumo detalle el sistema conocido como Abell2744-QSO1. Las observaciones indican que el agujero negro ubicado en el centro del sistema tiene una masa aproximada de 50 millones de veces la del Sol.

Abell2744-QSO1, un agujero negro supermasivo

Durante décadas, la teoría predominante defendió que primero surgieron las estrellas masivas, después las galaxias y, como resultado del colapso de las primeras generaciones estelares, aparecieron los agujeros negros. Según este modelo, los agujeros negros primordiales eran una posibilidad teórica, planteada por Stephen Hawking en la década de 1970, pero durante años no existieron evidencias que permitieran respaldarla.

Ahora, el telescopio espacial James Webb ha cambiado esta perspectiva. Sus observaciones permiten estudiar la composición química y el movimiento del gas de objetos situados a grandes distancias. En el caso de QSO1, los investigadores calculan que el agujero negro tiene una masa de 50 millones la del Sol, mientras que el material que lo circunda equivale a menos de la mitad de esa cifra.

«Esto está en marcado contraste con lo que observamos en nuestro universo local, donde los agujeros negros en el centro de las galaxias (como la Vía Láctea) son aproximadamente mil veces menos masivos que su galaxia anfitriona», explicó Maiolino. En el universo actual, los agujeros negros situados en el centro de las galaxias presentan una masa muy inferior a la de sus galaxias anfitrionas, pero QSO1 muestra una proporción completamente diferente.

El contraste resulta todavía más llamativo al analizar las características de la galaxia en la que se encuentra QSO1, que es diminuta y químicamente muy poco evolucionada. Los análisis indican que contiene principalmente hidrógeno y helio, los elementos más abundantes después del Big Bang, mientras que apenas presenta metales pesados, que los producen las estrellas posteriormente se liberan al espacio mediante explosiones de supernovas.

Según Maiolino, «QSO1 es extremadamente pobre en abundancia de oxígeno, menos del 1% del valor solar, y lo convierte en uno de los sistemas químicamente menos evolucionados encontrados en el universo temprano. Dado que las primeras generaciones de estrellas producen oxígeno rápidamente, el bajísimo enriquecimiento químico indica que la galaxia anfitriona de este agujero negro debe estar bastante poco evolucionada. Este es un hallazgo notable, ya que nos indica que los agujeros negros masivos pueden formarse y alcanzar un tamaño considerable en el universo primitivo sin que se produzca una gran formación estelar».

Éste escaso enriquecimiento químico sugiere que la galaxia apenas había experimentado procesos de formación estelar. La consecuencia resulta especialmente relevante, ya que dificulta explicar el enorme tamaño del agujero negro únicamente mediante fusiones sucesivas de objetos procedentes de estrellas que habían llegado al final de su vida. Se trataría, por tanto, de un firme candidato a representar un agujero negro que pudo surgir mediante un mecanismo diferente, quizá relacionado con fluctuaciones de densidad producidas durante las primeras etapas del cosmos.

Un desafío al límite de la física

El hallazgo de QSO1 vuelve a poner sobre la mesa la hipótesis de los agujeros negros primordiales, planteada por Stephen Hawking pero todavía pendiente de una confirmación definitiva.

Este trabajo ha reavivado el debate sobre cómo los agujeros negros pudieron alcanzar masas supermasivas en un periodo de tiempo tan corto. El modelo tradicional sostiene que los restos de las primeras estrellas que colapsaron dieron lugar a agujeros negros de varias decenas decenas de masas solares, que posteriormente crecieron mediante la acumulación de gas y las fusiones con otros objetos. Sin embargo, este proceso está condicionado por una limitación conocida como límite de Eddington.

«El escenario estándar es que los agujeros negros supermasivos se originen a partir de remanentes estelares, agujeros negros con masas de varias decenas de masas solares, y luego crezcan hasta alcanzar masas muy grandes mediante la acreción de gas del medio circundante. Sin embargo, existe un límite teórico en el que los agujeros negros pueden acrecentar gas y crecer», explicó Hannah Uebler, investigadora de la Universidad de Cambridge.