La historia del universo es una sucesión de descubrimientos que no dejan de sorprendernos. Cada vez que los astrónomos miran un poco más atrás en el tiempo, encuentran algo que desafía nuestras ideas previas. Hace poco, el telescopio espacial James Webb ha añadido otro giro inesperado a esa historia: la detección del agujero negro activo más antiguo confirmado hasta ahora. Un hallazgo que ha dejado a los científicos con más preguntas que respuestas, y que obliga a repensar cómo surgieron los primeros grandes objetos del cosmos.
En el centro de una diminuta galaxia bautizada como CAPERS-LRD-z9, situada a más de 13.300 millones de años luz, los astrónomos han identificado un agujero negro supermasivo activo que ya existía cuando el universo tenía apenas 500 millones de años. Este descubrimiento, publicado en The Astrophysical Journal Letters, no solo amplía el mapa del universo temprano, sino que plantea serios desafíos a los modelos actuales de formación de galaxias y agujeros negros.
Un punto rojo en el firmamento
Lo que hoy conocemos como CAPERS-LRD-z9 empezó siendo una mota de luz rojiza en los datos del programa CAPERS, que forma parte de la misión del telescopio James Webb para explorar las primeras galaxias. Su apodo, “Little Red Dot”, hace referencia al aspecto compacto y enrojecido de este tipo de objetos. Al principio, estos puntos rojos eran un misterio: demasiado brillantes y rojos para ser galaxias típicas de esa época.
Cuando el equipo liderado por Anthony J. Taylor analizó su espectro, detectó una firma clara: una línea de emisión de hidrógeno muy ancha (Hβ) con un ancho de más de 3500 km/s, típica de núcleos galácticos activos con agujeros negros en crecimiento. Según los autores, “la combinación de líneas prohibidas estrechas y una línea de Hβ ancha indica claramente que CAPERS-LRD-z9 es un BLAGN a z = 9.288” .
Este tipo de línea, junto con otras señales, solo puede explicarse por la presencia de gas cayendo a altísima velocidad hacia un agujero negro supermasivo, lo que confirma su naturaleza activa y su enorme energía liberada.
Un agujero negro demasiado grande para tan poco tiempo
Una de las mayores sorpresas fue el tamaño del agujero negro: los investigadores estiman que podría tener hasta 300 millones de veces la masa del Sol, una cifra difícil de imaginar y más propia de galaxias mucho más grandes y antiguas. Esta estimación se basa en el análisis detallado de la luz que emite el gas que lo rodea. Aunque hay cierto margen de incertidumbre, los valores probables oscilan entre unos pocos millones y varios cientos de millones de masas solares, lo que sigue siendo extraordinario para un objeto que existía cuando el universo apenas había empezado a formarse.
Este dato es problemático. Si los agujeros negros se forman a partir del colapso de estrellas masivas y crecen gradualmente, ¿cómo es posible que uno tan grande existiera cuando el universo apenas estaba empezando? Para alcanzar tal tamaño en tan poco tiempo, los modelos actuales requieren que haya comenzado con una semilla ya muy masiva, o que haya crecido a velocidades extremas, muy por encima del límite teórico llamado tasa de Eddington.
Como explican los autores, “estas observaciones sugieren que es necesario un agujero negro semilla muy masivo, o bien uno más ligero sometido a episodios de acreción super-Eddington”.
La galaxia anfitriona: pequeña, densa y enrojecida
CAPERS-LRD-z9 no solo alberga un agujero negro colosal: es una galaxia extremadamente pequeña, con una masa estelar estimada menor a 10⁹ masas solares, y aparentemente envuelta en una capa densa de gas neutro. Este gas espeso es clave para entender el aspecto rojizo de la galaxia. Según los modelos usados en el estudio, esta envoltura densa puede absorber y reemitir la luz, creando un “quiebre de Balmer” inusualmente fuerte, algo que suele estar asociado a poblaciones estelares viejas, pero que en este caso parece tener un origen diferente: la interacción de la radiación del agujero negro con el gas que lo rodea.
La estructura de su espectro sugiere una combinación de luz del agujero negro y un posible componente estelar muy tenue. La relación entre la masa del agujero negro y la de las estrellas de la galaxia alcanza valores extraordinarios: más del 4,5%, cuando en galaxias del universo cercano esta proporción ronda el 0,1%.
Semillas oscuras y crecimiento acelerado
El caso de CAPERS-LRD-z9 reabre un debate fundamental en astrofísica: ¿cómo nacen los primeros agujeros negros supermasivos? Existen dos escenarios principales. Por un lado, las “semillas ligeras”, restos de las primeras estrellas, que tendrían unas 100 masas solares y crecerían lentamente. Por otro, las “semillas pesadas”, que se formarían por el colapso directo de grandes nubes de gas sin fragmentar, dando lugar a agujeros negros iniciales de hasta 10⁵ masas solares.
Para explicar a CAPERS-LRD-z9, ambas opciones parecen insuficientes si no se introduce alguna forma de crecimiento acelerado. Según los autores del artículo, un crecimiento continuo por encima del límite de Eddington —que marca cuánto material puede tragar un agujero negro sin que la presión de radiación lo frene— podría explicar su enorme tamaño en tan poco tiempo. Otra opción es que su semilla inicial ya fuera excepcionalmente grande, lo que implicaría revisar nuestras ideas sobre la formación de estructuras en el universo temprano.
Un nuevo tipo de galaxias: los Little Red Dots
CAPERS-LRD-z9 pertenece a una clase emergente de objetos conocidos como “Little Red Dots” (pequeños puntos rojos), detectados gracias a la sensibilidad del telescopio Webb. Estos objetos destacan por ser compactos, extremadamente rojos y muy brillantes en el infrarrojo. Según el equipo que publicó el estudio, hasta un 30% de los núcleos activos descubiertos por JWST en el universo primitivo podrían pertenecer a esta categoría .
El fenómeno de los Little Red Dots ha desafiado las expectativas porque, hasta ahora, no se esperaban tantos núcleos activos tan pronto en la historia del universo. Y lo que es más importante: su brillo no parece venir de estrellas, sino del crecimiento de agujeros negros envueltos en gas denso. Este nuevo tipo de galaxias podría representar una fase temprana y breve en la evolución de las galaxias.
El equipo del estudio sugiere incluso una posible evolución: primero una fase de LRD, seguida por una etapa en que el gas se disipa, el agujero negro queda al descubierto y la galaxia se convierte en un cuásar o en un núcleo galáctico más convencional .
¿Y si la luz ultravioleta no proviene de las estrellas?
Un aspecto particularmente intrigante es la naturaleza del brillo ultravioleta observado en CAPERS-LRD-z9. En principio, se asumió que esta parte del espectro provenía de estrellas jóvenes. Pero el análisis del espectro sugiere que esta luz podría tener también un origen no estelar, quizá procedente del mismo agujero negro, dispersada por el gas circundante. Si esto se confirma, la masa estelar de la galaxia sería aún menor de lo estimado, lo que haría que el agujero negro fuese desproporcionadamente más masivo en comparación con su anfitriona.
Este tipo de discrepancias añade complejidad al modelo y pone de relieve lo poco que sabemos todavía sobre los procesos que moldearon las primeras galaxias y sus núcleos.
Referencias
- Anthony J. Taylor, Vasily Kokorev, Dale D. Kocevski, Hollis B. Akins, Fergus Cullen, et al. CAPERS-LRD-z9: A Gas-enshrouded Little Red Dot Hosting a Broad-line Active Galactic Nucleus at z = 9.288. The Astrophysical Journal Letters, 989:L7 (18pp), 2025 August 10. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ade789.
Cortesía de Muy Interesante
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