Un equipo internacional de astrónomos liderado por el Centro de Fronteras Cósmicas de la Universidad de Texas en Austin ha descubierto el agujero negro confirmado más distante hasta la fecha. Este, junto con su galaxia anfitriona CAPERS-LRD-z9, existe apenas 500 millones de años después del Big Bang. Esto significa que se encuentra en una época en que el universo tenía solo el 3% de su edad actual, hace 13.300 millones de años. Por lo tanto, ofrece una oportunidad única para estudiar la estructura y evolución de este período misterioso.

«Al buscar agujeros negros, este es prácticamente lo más lejos que puedes llegar en la práctica. Estamos realmente empujando los límites de detección de la tecnología actual», dijo Anthony Taylor, investigador postdoctoral del Centro de Fronteras Cósmicas y líder del equipo que realizó el descubrimiento.

El estudio ha sido publicado en The Astrophysical Journal.

«Aunque los astrónomos han encontrado algunos candidatos más distantes», añadió Steven Finkelstein, coautor del artículo y director del Centro de Fronteras Cósmicas, «ninguno había mostrado las características espectrales únicas asociadas a un agujero negro».

Mediante espectroscopia, los astrónomos descomponen la luz en diferentes longitudes de onda para estudiar las propiedades de los objetos celestes. Para identificar agujeros negros, buscan evidencias de gas que se mueve a gran velocidad. Cuando el gas orbita y cae hacia el agujero negro, la luz emitida por el gas que se aleja de nosotros se estira hacia longitudes de onda más rojas, mientras que la del gas que se acerca se comprime hacia longitudes de onda más azules.

«Pocas cosas pueden producir esta característica», explicó Taylor, «y esta galaxia la tiene».

El equipo utilizó datos del proyecto CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para la búsqueda. Lanzado en 2021, el JWST ofrece las vistas más lejanas del espacio hasta ahora, y CAPERS proporciona observaciones de los bordes más externos.

«El objetivo principal de CAPERS es confirmar y estudiar las galaxias más distantes», dijo Mark Dickinson, coautor del artículo y líder del equipo CAPERS. «Los espectros del James Webb son clave para confirmar sus distancias y entender sus propiedades físicas».

CAPERS-LRD-z9 apareció inicialmente como un punto interesante en las imágenes del proyecto y luego se confirmó que pertenece a un nuevo tipo de galaxias conocidas como «puntos rojos pequeños». Estas galaxias solo existen en los primeros 1.500 millones de años tras el nacimiento del universo, son muy densas, rojas y excepcionalmente brillantes.

«Desde los primeros datos del James Webb, el descubrimiento de los puntos rojos pequeños fue una gran sorpresa, porque se ven completamente diferentes a las galaxias observadas por el Hubble», explicó Finkelstein. «Ahora estamos averiguando qué son y cómo se formaron».

CAPERS-LRD-z9 podría ayudar a los astrónomos a resolverlo.

En primer lugar, esta galaxia refuerza la evidencia de que los agujeros negros supermasivos son la fuente del brillo inesperado en los «puntos rojos pequeños». Normalmente, ese brillo indicaría una gran cantidad de estrellas. Sin embargo, en la época en que existían los puntos rojos pequeños, era improbable acumular tanta masa estelar.

Por otro lado, los agujeros negros también emiten luz brillante, ya que comprimen y calientan la materia que devoran, generando enormes cantidades de luz y energía. Al confirmar la presencia de un agujero negro en CAPERS-LRD-z9, los astrónomos han encontrado un ejemplo sorprendente de esta conexión en los puntos rojos pequeños.

Esta galaxia recién descubierta también podría explicar por qué los puntos rojos pequeños tienen un color rojo característico. Esto podría deberse a una gruesa nube de gas alrededor del agujero negro que desplaza su luz hacia longitudes de onda más rojas.

«Hemos visto este tipo de nubes en otras galaxias», explicó Taylor. «Cuando comparamos este objeto con nubes de otras fuentes, resultan idénticas».

Esta galaxia también destaca por su enorme agujero negro. Se estima que tiene una masa de 300 millones de veces la del Sol, equivalente a la mitad de la masa total de todas las estrellas de su galaxia. Incluso entre agujeros negros supermasivos, esta masa es considerable.

El hallazgo de un agujero negro tan grande tan temprano ofrece a los astrónomos una valiosa oportunidad para estudiar cómo se forman estos objetos. Los agujeros negros que existen en el universo tardío han tenido diversas oportunidades de crecer a lo largo de su vida. Los que existieron en los primeros cientos de millones de años no.

«Esto refuerza que los agujeros negros tempranos crecían mucho más rápido de lo que pensábamos, o que nacían con masas mucho mayores de las predichas por nuestros modelos», dijo Finkelstein.

Para continuar estudiando CAPERS-LRD-z9, el equipo espera obtener más observaciones de mayor resolución con el James Webb. Esto ayudará a entender mejor tanto la galaxia como el papel del agujero negro en la formación de los puntos rojos pequeños.

«Es un excelente objeto de prueba para nosotros», dijo Taylor. «Hasta hace poco no podíamos estudiar la evolución de agujeros negros tempranos, y estamos ansiosos por ver qué podemos aprender de este objeto único».