Descubierto un precursor de agujero negro supermasivo oculto en datos de archivo del Hubble

Utilizando datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA, y de otros observatorios espaciales y terrestres, un equipo internacional de astrónomos, en el que ha participado un investigador del CAB (CSIC-INTA), ha descubierto un objeto único en el distante universo primigenio. Se trata de un vínculo crucial entre las galaxias jóvenes de formación estelar y los primeros agujeros negros supermasivos y es el primero de su tipo en ser descubierto tan temprano en la historia del Universo.

Reproducción artística de GNz7q. Crédito: ESA/Hubble, N. Bartmann.

Desde que se descubriera la presencia de agujeros negros supermasivos en el universo primitivo (tan sólo 700 millones de años después del Big Bang), con masas equivalentes a cientos de millones de soles, la comunidad astronómica ha intentado comprender cuál es el proceso que hace que aparezcan. Y aunque tanto la teoría como las simulaciones por ordenador predicen la existencia de agujeros negros de rápido crecimiento galaxias tempranas con gran contenido de polvo y gas, y con una gran actividad de formación de estrellas (conocidas como galaxias starburst, con estallido estelar), nunca antes se habían observado en sus etapas iniciales.

Ahora, un equipo de astrónomos ha informado del descubrimiento de un objeto, al que apodan GNz7q, que es el primer agujero negro de rápido crecimiento detectado en el universo primitivo. Los datos de archivo de la Cámara Avanzada para Sondeos del Hubble han ayudado a determinar que GNz7que existió solo 750 millones de años después del Big Bang.

Las teorías actuales predicen que los agujeros negros supermasivos comienzan sus vidas en los núcleos polvorientos de galaxias con estallido estelar antes de expulsar el gas y el polvo circundantes y emerger como cuásares extremadamente luminosos. Aunque son extremadamente raros, tanto estas galaxias como los cuásares luminosos se han detectado en el universo temprano. El equipo cree que GNz7q podría ser el primer ejemplo de «eslabón perdido» entre estas dos clases de objetos, el precursor de los agujeros negros supermasivos que observamos en épocas posteriores. “Las propiedades de GNz7q a lo largo del espectro electromagnético concuerdan de una forma excelente con las predicciones de las simulaciones teóricas”, comenta Seiji Fujimoto, astrónomo en el Instituto Niels Bohrs de la Universidad de Copenhague y autor principal del descubrimiento.

Si bien no se pueden descartar por completo otras interpretaciones de los datos obtenidos por del equipo, las propiedades observadas de GNz7q encajan de manera sorprendente con las predicciones teóricas. La galaxia anfitriona de GNz7q está formando estrellas que equivalen a una masa de 1.600 masas solares por añoy GNz7q brilla en longitudes de onda ultravioleta, pero se observa de forma muy débil en longitudes de onda de rayos X. El equipo ha interpretado que esto (al igual que el brillo de la galaxia anfitriona en longitudes de onda infrarrojas) sugiere que GNz7q es un agujero negro de rápido crecimiento aún oscurecido por las grandes cantidades de gas y polvo que alberga las regiones de formación estelar en el núcleo de la galaxia.

Oculto a plena vista

Además de la importancia de este objeto para comprender los orígenes de los agujeros negros supermasivos, este descubrimiento es importante por su ubicación en el campo GOODS Norte del Hubble. Pese a ser una de las áreas más escrutadas del cielo nocturno, GNz7q ha permanecido inadvertido hasta ahora. Detectar su presencia, escondido a plena vista, fue posible gracias a los conjuntos de datos de múltiples longitudes de onda y excepcionalmente detallados ofrecidos por GOODS-Norte, un sondeo astronómico que combina observaciones profundas de varios telescopios espaciales y terrestres.

Sin esta riqueza de datos, habría sido fácil pasar por alto a GNz7q, ya que carece de las características distintivas que generalmente se usan para identificar cuásares en el universo temprano. Ahora, el equipo espera buscar objetos similares de manera sistemática llevando a cabo sondeos con las cámaras de alta resolución angular del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de NASA/ESA/CSA, lanzado el pasado 25 de diciembre.

“La sensibilidad, nitidez y el rango espectral infrarrojo del JWST serán esenciales para detectar objetos similares a GNz7q y poder esclarecer las fases iniciales de la formación de agujeros negros supermasivos en el universo temprano, cuando tenía una edad del 5% de la actual” comenta Luis Colina, investigador del CAB (CSIC-INTA), miembro del equipo descubridor de GNz7q, y miembro del equipo del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST.

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