El hoyo negro más antiguo conocido hasta hoy

Por Consuelo Doddoli, Ciencia UNAM-DGDC

Mediante imágenes captadas por el telescopio espacial James Webb —construido por la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Canadiense (CSA)—un grupo internacional de científicos detectó el hoyo negro más antiguo conocido hasta ahora.

Los autores describieron el hallazgo en la revista Nature (17/01/2024). Tras analizar imágenes captadas por el telescopio, los astrónomos estimaron que este objeto se formó hace 13,000 millones de años, es decir, sólo 400 millones de años después del estallido del Big Bang y de la formación del Universo; muy poco tiempo para las escalas astronómicas.

El hoyo negro se localiza en el centro de la galaxia GN-z11. Aunque es pequeña — 25 veces menor que la Vía Láctea—, el intenso brillo en la zona condujo a los científicos a sospechar que, en su interior —como sucede en nuestra galaxia la Vía Láctea— se podría encontrar un poderoso hoyo negro. Los astrónomos describieron a GN-z11 como una galaxia “excepcionalmente luminosa”.

En entrevista con Ciencia UNAM, la reconocida investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM, Silvia Torres Castilleja, nos ayuda a entender las particularidades de estas formaciones y la trascendencia del hallazgo del hoyo negro más antiguo hasta ahora identificado.

¿Qué son los hoyos negros?

Los hoyos negros son objetos astronómicos muy compactos y masivos que tienen una fuerza de gravedad tan grande que nada, ni siquiera la luz puede salir de ellos.

Los hoyos negros no emiten luz, por ello es imposible observarlos directamente, pero ejercen una enorme atracción gravitacional en su entorno, por lo que son capaces de atrapar el material de cualquier objeto celeste que se encuentre cercano a ellos, como polvo, estrellas y galaxias.

Este material girará alrededor del agujero negro mientras que es atraído hacía su interior. Durante este proceso, el gas del objeto atrapado se calienta a grandes temperaturas, produciendo emisiones intensas en radiación de alta energía, como los rayos X e infrarrojos.

La masa de un agujero negro varía de uno a otro. Muchos se forman durante la explosión de una supernova, una estrella con una masa de por lo menos 20 veces mayor que la del Sol. Cuando esto sucede, gran parte de la estrella es arrojada al espacio, pero su núcleo implota (explota hacia adentro), lo que da paso a la formación de un hoyo negro de alrededor de 10 veces la masa del Sol, detalla la astrónoma.

¿Son comunes los hoyos negros supermasivos?

Los hoyos negros supermasivos se encuentran en el centro de las galaxias, tienen una masa aproximada de millones de soles y emiten radiaciones de alta energía.

Un ejemplo de este tipo de objetos es Sagitario A*, ubicado en el centro de la Vía Láctea y con una dimensión de cuatro millones de masas solares. Hasta la fecha, los astrónomos no saben cómo se originan los hoyos negros supermasivos, aunque han planteado diferentes teorías.

Una de ellas propone que son resultado de una cadena de colisiones entre cúmulos de estrellas (grupos de estrellas muy cercanas) y que cuando explotan forman hoyos negros con una masa de varios millones de veces la del Sol.

“Los mecanismos propuestos para la formación de los hoyos negros supermasivos requieren tiempos muy largos para su formación”, afirma la investigadora emérita.

El hoyo negro recientemente detectado de la galaxia GN-z11 tiene cerca de millón y medio veces la masa del Sol. Éste llamó la atención de los científicos porque, como es una galaxia extremadamente alejada, la luz que captó el telescopio James Webb fue emitida hace mucho tiempo, cuando el Universo sólo tenía 400 millones de edad.

Esto significa que el hoyo negro se formó en un tiempo menor al estimado por los astrónomos. Dar una explicación a su rápida creación es un nuevo reto para los científicos, enfatiza la doctora Silvia Torres.

Otra característica del hoyo negro recién descubierto es que está “devorando” el material de su galaxia anfitriona con mucha mayor rapidez que los agujeros negros de otras galaxias. Los astrónomos creen que este comportamiento está “matando” lentamente a la galaxia GN-z11. Su desaparición provocará que el hoyo negro también se extinga porque ya no tendrá materia para alimentarse.

Las capacidades del telescopio espacial James Webb abren una amplia ventana a la observación astronómica que ha dado lugar a nuevas interrogantes sobre cómo nacen y se forman los hoyos negros. Muy probablemente con el apoyo de este telescopio en los próximos años sabremos más sobre estos objetos del Universo, concluye la investigadora.