Los investigadores han descubierto el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha con el Telescopio Espacial James Webb. La galaxia, CEERS 1019, existió poco más de 570 millones de años después del Big Bang, y su agujero negro es menos masivo que cualquier otro identificado en el universo temprano. No solo eso, han "sacudido" fácilmente dos agujeros negros más que también están en el lado más pequeño, y existieron 1.1 y 1.470 millones de años después del Big Bang. La evidencia fue proporcionada por Webb's Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, dirigido por Steven Finkelstein de la Universidad de Texas en Austin.
CEERS 1019 no solo es notable por cuánto tiempo hace que existió, sino también por lo relativamente poco que pesa su agujero negro. Este agujero negro registra alrededor de 9 millones de masas solares, mucho menos que otros agujeros negros que también existieron en el universo temprano y fueron detectados por otros telescopios. Esos gigantes suelen contener más de 1,1019 millones de veces la masa del Sol, y son más fáciles de detectar porque son mucho más brillantes. (Están activamente "comiendo" materia, que se ilumina a medida que se arremolina hacia el agujero negro).
El agujero negro dentro de CEERS 4 es más similar al agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que es 6.1019 millones de veces la masa del Sol. Este agujero negro tampoco es tan brillante como los gigantes más masivos detectados anteriormente. Aunque más pequeño, este agujero negro existió mucho antes que todavía es difícil explicar cómo se formó tan pronto después de que comenzara el universo. Los investigadores han sabido durante mucho tiempo que los agujeros negros más pequeños deben haber existido antes en el universo, pero no fue hasta que Webb comenzó a observar que pudieron hacer detecciones definitivas. (CEERS puede solo mantener este récord durante unas pocas semanas; las afirmaciones sobre otros agujeros negros más distantes identificados por Webb están siendo revisadas cuidadosamente por la comunidad astronómica).
Los datos de Webb están prácticamente repletos de información precisa que hace que estas confirmaciones sean tan fáciles de extraer de los datos. "Mirar este objeto distante con este telescopio es muy parecido a mirar los datos de los agujeros negros que existen en galaxias cercanas a la nuestra", dijo Rebecca Larson, de la Universidad de Texas en Austin, quien dirigió este descubrimiento. "¡Hay tantas líneas espectrales para analizar!" El equipo no solo podría desentrañar qué emisiones en el espectro son del agujero negro y cuáles son de su galaxia anfitriona, sino que también podrían determinar cuánto gas está ingiriendo el agujero negro y determinar la tasa de formación estelar de su galaxia.
El equipo descubrió que esta galaxia está ingiriendo tanto gas como puede al mismo tiempo que produce nuevas estrellas. Recurrieron a las imágenes para explorar por qué podría ser eso. Visualmente, CEERS 1019 aparece como tres grupos brillantes, no un solo disco circular. "No estamos acostumbrados a ver tanta estructura en las imágenes a estas distancias", dijo Jeyhan Kartaltepe, miembro del equipo CEERS, del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York. "Una fusión de galaxias podría ser en parte responsable de alimentar la actividad en el agujero negro de esta galaxia, y eso también podría conducir a una mayor formación de estrellas".
Agujeros negros más extremadamente distantesLa encuesta CEERS es expansiva, y hay mucho más por explorar. El miembro del equipo Dale Kocevski de Colby College en Waterville, Maine, y el equipo rápidamente detectaron otro par de pequeños agujeros negros en los datos. El primero, dentro de la galaxia CEERS 2782, fue el más fácil de seleccionar. No hay polvo que oscurezca la visión de Webb, por lo que los investigadores podrían determinar inmediatamente cuándo existió su agujero negro en la historia del universo, solo 1.1 millones de años después del Big Bang. El segundo agujero negro, en la galaxia CEERS 746, existió un poco antes, 1.000 millones de años después del Big Bang. Su brillante disco de acreción, un anillo formado de gas y polvo que rodea su agujero negro supermasivo, todavía está parcialmente nublado por el polvo. "El agujero negro central es visible, pero la presencia de polvo sugiere que podría estar dentro de una galaxia que también está bombeando estrellas furiosamente", explicó Kocevski.
Al igual que el de CEERS 1019, estos dos agujeros negros también son "pesos ligeros", al menos en comparación con los agujeros negros supermasivos previamente conocidos a estas distancias. Son sólo unos 10 millones de veces la masa del Sol. "Los investigadores han sabido durante mucho tiempo que debe haber agujeros negros de menor masa en el universo temprano. Webb es el primer observatorio que puede capturarlos tan claramente", agregó Kocevski. "Ahora pensamos que los agujeros negros de menor masa podrían estar por todas partes, esperando ser descubiertos". Antes de Webb, los tres agujeros negros eran demasiado débiles para ser detectados. "Con otros telescopios, estos objetivos parecen galaxias ordinarias de formación estelar, no agujeros negros supermasivos activos", agregó Finkelstein.
Los espectros sensibles de Webb también permitieron a estos investigadores medir distancias precisas y, por lo tanto, las edades de las galaxias en el universo temprano. Los miembros del equipo Pablo Arrabal Haro de NOIRLab de NSF y Seiji Fujimoto de la Universidad de Texas en Austin identificaron 11 galaxias que existieron de 470 a 675 millones de años después del Big Bang. No solo están extremadamente distantes, el hecho de que se detectaron tantas galaxias brillantes es notable. Los investigadores teorizaron que Webb detectaría menos galaxias de las que se encuentran a estas distancias. "Estoy abrumado por la cantidad de espectros altamente detallados de galaxias remotas que Webb devolvió", dijo Arrabal Haro. "Estos datos son absolutamente increíbles".
Estas galaxias están formando estrellas rápidamente, pero aún no están tan enriquecidas químicamente como las galaxias que están mucho más cerca de casa. "Webb fue el primero en detectar algunas de estas galaxias", explicó Fujimoto. "Este conjunto, junto con otras galaxias distantes que podemos identificar en el futuro, podría cambiar nuestra comprensión de la formación estelar y la evolución de las galaxias a lo largo de la historia cósmica", agregó.