¿Un agujero negro supermasivo creado directamente de una nube de gas?

Una investigación reciente puede haber descubierto un agujero negro que no es como los demás, y quizá también desentrañado el secreto de cómo pueden formarse los agujeros negros de mayor masa.

Los únicos procesos conocidos en el universo actual para la formación de un agujero negro requieren la intervención de astros muy densos. El proceso más común es el derrumbe sobre sí mismo del núcleo de una estrella que muere en una explosión de supernova. Las masas iniciales de estos agujeros negros no suelen ser mayores que unas decenas de veces la del Sol. Un agujero negro también puede crearse por la fusión entre astros de gran densidad y masa, como por ejemplo estrellas de neutrones. Y, por supuesto, la fusión entre agujeros negros también crea otro agujero negro, de mayor masa.

Sin embargo, hay agujeros negros con masas de hasta miles de millones de veces la del Sol. La formación de estos agujeros negros supermasivos es un misterio que lleva mucho tiempo sin resolverse. Existen dos teorías principales para explicar la formación de estos agujeros.

Según una de ellas, el proceso comienza con los pequeños agujeros negros que se forman cuando el núcleo de una estrella destruida en una explosión de supernova se derrumba sobre sí mismo y se comprime. Cuando esto les ocurre a muchas estrellas agrupadas en un espacio relativamente pequeño, como por ejemplo dentro de un cúmulo estelar, con el paso del tiempo estos agujeros negros pueden fusionarse entre sí. El problema para aceptar esta teoría es que este proceso de fusiones lleva tiempo, y el telescopio espacial Webb ha encontrado agujeros negros de masa descomunal en épocas increíblemente tempranas del universo, aparentemente demasiado tempranas para que este proceso los explique.

Según la otra teoría, un agujero negro mucho más grande, del orden del millón de veces la masa de nuestro Sol, puede formarse directamente a partir del colapso de una gran nube de gas, cuya fuerza de gravedad hace que la materia se concentre en la región central, comprimiéndose más y más hasta alcanzar una densidad enorme. Ese aumento de densidad llega a tal punto que permite la formación de un agujero negro. Como ese agujero ya nace con una masa muy grande, no depende tanto de la absorción posterior de materia para entrar en la categoría de los agujeros negros supermasivos. El problema con esta teoría es que, al comprimirse, las nubes de gas tienden a formar estrellas, en vez de agujeros negros. ¿Cómo se evita la formación de estrellas en tales casos? No poder responder a esta pregunta ha venido haciendo poco creíble la formación directa de agujeros negros a partir de nubes de gas.

Pero quizá ahora se haya descubierto el mecanismo que puede permitir esa formación directa de un agujero negro a partir de una nube de gas, ya que todo apunta a que se ha encontrado un agujero negro creado de este modo.

Analizando datos de observaciones realizadas por el telescopio espacial Webb, de la NASA, la ESA y la CSA, respectivamente las agencias espaciales estadounidense, europea y canadiense, Pieter van Dokkum, de la Universidad Yale en Estados Unidos, y Gabriel Brammer, de la Universidad de Copenhague en Dinamarca, descubrieron un objeto astronómico inusual al que apodaron la Galaxia del Infinito.

Dicha galaxia presenta una forma sumamente inusual: dos núcleos rojos muy compactos, cada uno rodeado por un anillo, lo que le da la forma del símbolo del infinito. El equipo de investigación cree que esta galaxia se formó por la colisión frontal de dos galaxias. Observaciones posteriores mostraron que la Galaxia del Infinito alberga un agujero negro activo y supermasivo. Lo insólito es que el agujero negro se encuentra entre los dos núcleos galácticos, concretamente dentro de una vasta región rica en gas. El equipo cree que el agujero negro se formó allí mediante el colapso directo de una inmensa nube de gas.

La Galaxia del Infinito, resultado de la colisión de dos galaxias espirales, alberga dos anillos de estrellas (que se ven como óvalos en la esquina superior derecha y en la esquina inferior izquierda). Los dos núcleos de las galaxias espirales se representan en amarillo dentro de los anillos. El hidrógeno brillante entre las dos galaxias, y desprovisto de sus electrones, aparece en verde. El agujero negro, con un millón de veces la masa del Sol, se encuentra dentro de esta gran franja de gas ionizado. (Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, P. van Dokkum (Yale University))

Tras analizar los datos recolectados en las observaciones de la Galaxia del Infinito, los autores del estudio creen haber averiguado cómo puede contraerse una nube para formar un agujero negro en vez de una estrella. En la Galaxia del Infinito, la colisión entre el disco de cada galaxia progenitora provocó la formación de los anillos de estrellas ahora visibles y además, durante la colisión, el gas dentro de cada galaxia colisionó con el de la otra, sufriendo la masa de gas resultante una compresión descomunal. Esta compresión pudo ser suficiente para formar un grumo hiperdenso, que luego debió derrumbarse sobre sí mismo, convirtiéndose en un agujero negro supermasivo.

Con este mecanismo de compresión por choque, ya no resulta extraña la existencia de agujeros negros increíblemente masivos en la infancia del universo. (Fuente: NCYT de Amazings)