Ilustración de un antiguo agujero negro que se alimenta de la materia que lo rodea (Crédito de la imagen: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani)
Mientras observan el universo primitivo con el telescopio espacial James Webb ( JWST ), los astrónomos siguen encontrando agujeros negros gigantescos que parecen estar creciendo demasiado y demasiado rápido para que los modelos cosmológicos puedan explicarlos. Ahora, nuevas observaciones de un objeto excepcionalmente voraz y que rompe las reglas podrían ayudar a revelar por qué.
Utilizando el JWST para observar más de cerca las galaxias antiguas que albergan objetos que emiten rayos X intensos, los investigadores descubrieron evidencia de un agujero negro supermasivo que parece estar devorando materia a una velocidad de más de 40 veces su límite teórico. El objeto, llamado LID-568 y observado solo 1.500 millones de años después del Big Bang , ha sido apodado el agujero negro que se alimenta más rápido en el universo temprano.
El descubrimiento de este devorador superlativamente descuidado podría ser una prueba de que algunos agujeros negros son capaces de superar temporalmente sus límites teóricos de alimentación, conocidos como el límite de Eddington, lo que les permite crecer increíblemente rápido en períodos cortos de tiempo. La investigación del equipo fue publicada el 4 de noviembre en la revista Nature Astronomy .
«Este agujero negro se está dando un festín», dijo en un comunicado la coautora del estudio Julia Scharwächter , astrónoma del Observatorio Internacional Gemini y del NOIRLab de la Fundación Nacional de la Ciencia . «Este caso extremo demuestra que un mecanismo de alimentación rápida por encima del límite de Eddington es una de las posibles explicaciones de por qué vemos estos agujeros negros tan pesados tan temprano en el universo».
En la nueva investigación, el equipo utilizó la visión infrarroja del JWST para estudiar varias galaxias con emisiones de rayos X excepcionalmente brillantes que fueron detectadas previamente por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA . Emisiones potentes como estas a menudo se asocian con agujeros negros que se alimentan activamente, que pueden engullir materia con tanta fuerza que los discos de material que caen a su alrededor se calientan y brillan, a veces superando el brillo de galaxias enteras. En algunos casos, parte de esa materia que cae puede escapar en flujos de salida calientes y de rápido movimiento que ayudan al sistema de discos de agujeros negros a conservar el momento angular mientras se alimenta, según el Observatorio Nacional de Radioastronomía .
Al observar LID-568 con el JWST, los investigadores descubrieron erupciones de gas alrededor del agujero negro que no se habían visto nunca antes. La velocidad y el tamaño de estas erupciones apuntaban a un episodio de alimentación gigantesco del agujero negro, en el que el monstruo cósmico comió durante un breve período a un ritmo que superó con creces su límite de Eddington. (Cada agujero negro tiene su propio límite de Eddington, que relaciona la luminosidad o el brillo de un objeto con la velocidad a la que puede absorber masa).
Los investigadores descubrieron que este único frenesí alimentario puede haberle proporcionado al antiguo agujero negro la mayor parte de su masa observada.
«El descubrimiento de un agujero negro con acreción súper-Eddington sugiere que una porción significativa del crecimiento de masa puede ocurrir durante un solo episodio de alimentación rápida», dijo en el comunicado el autor principal del estudio, Hyewon Suh, también astrónomo del Observatorio Internacional Gemini y NOIRLab.
El descubrimiento no sólo sugiere que los agujeros negros son capaces de superar sus límites de Eddington (y ofrece a los astrónomos un objetivo privilegiado para estudiar el fenómeno), sino que también ofrece una pista tentadora sobre uno de los misterios más persistentes del JWST. Si los agujeros negros pueden superar sus límites de alimentación autoimpuestos para absorber enormes cantidades de masa en cortos períodos de tiempo, esto podría ayudar a revelar un mecanismo que podría estar alimentando a los agujeros negros de gran tamaño descubiertos recientemente por el JWST en el universo primitivo.
Para investigar más a fondo este mecanismo potencial, el equipo está planeando estudios de seguimiento de LID-568 con JWST.