La acumulación rapidísima de masa en un agujero negro entra en conflicto con la física

El ritmo de acumulación de masa de un agujero negro lejano tiene desconcertada a la comunidad científica porque parece contradecir leyes de la física. Este hallazgo, realizado por el Observatorio espacial Chandra de rayos X de la NASA, podría aportar pistas que ayuden a descubrir cómo algunos agujeros negros alcanzaron masas enormes con relativa rapidez tras el Big Bang, la “explosión” colosal con la que nació el universo.

Este agujero negro tiene aproximadamente mil millones de veces la masa del Sol y se encuentra a unos 12.800 millones de años-luz de la Tierra, lo que significa que los astrónomos lo observan tan solo 920 millones de años después del inicio del universo, dado que la luz que ahora nos llega del entorno del agujero fue emitida en aquella época. Este agujero negro provoca en su entorno una generación de rayos X superior a la provocada por cualquier otro agujero negro en los primeros mil millones de años de existencia del universo.

El agujero negro alimenta lo que se conoce como “cuásar”. Los cuásares son objetos astronómicos extremadamente brillantes. El resplandor de un cuásar es tan intenso que típicamente supera incluso al de todas las estrellas juntas de su galaxia. La fuente de energía de este monstruo lumínico es la gran cantidad de materia que se arremolina alrededor del agujero negro central y que es calentada de manera extrema.

Si bien el mismo equipo lo descubrió hace dos años, se necesitaron observaciones adicionales recolectados por el Chandra para descubrir la magnitud de lo que sucede en este cuásar, RACS J0320-35, y su agujero negro asociado. Los datos de rayos X revelan que este agujero negro parece crecer a una velocidad que supera el límite de la física para estos objetos.

Cuando la materia es atraída hacia un agujero negro, se calienta y produce una radiación intensa en un amplio espectro, que incluye rayos X y luz visible. Esta radiación crea presión contra el material que cae. Cuando la velocidad de caída de materia alcanza un valor crítico, la presión de la radiación contrarresta la fuerza de atracción ejercida por el agujero negro y, normalmente, la materia no puede caer hacia el interior a mayor velocidad. Este máximo se conoce como el límite de Eddington.

Recreación artística de un agujero negro supermasivo con cuásar como el estudiado (en el recuadro, en rayos X), que aparentemente crece a un ritmo que supera el límite de Eddington. (Imagen: NASA / CXC / SAO / M. Weiss (ilustración); NASA / CXC / INAF-Brera / L. Ighina et al. (fotografía en rayos X); NASA / CXC / SAO / N. Wolk (procesamiento de imagen))

Se estima que los agujeros negros que crecen respetando el límite de Eddington necesitan nacer con masas de aproximadamente 10.000 estrellas como el Sol o más para poder alcanzar mil millones de veces la masa del Sol al cumplirse mil millones de años después del Big Bang. Un agujero negro con una masa tan alta al nacer no puede formarse por ningún proceso conocido, al menos no en el universo actual ni en el de los últimos tiempos. Por fuerza, un proceso capaz de hacer eso debió nutrirse de fenómenos exóticos, solo existentes en el universo poco tiempo después del Big Bang. Un proceso de este tipo podría ser, en teoría, el colapso de una enorme nube de gas denso albergando cantidades inusualmente bajas de elementos químicos más pesados ​​que el helio. Esa nube concentraría tanta masa y tan rápidamente en un pequeño espacio que ni siquiera habría ocasión de que se convirtiese en un conjunto de estrellas. Este pudo ser el caso de RACS J0320-35.

Por otra parte, si RACS J0320-35 se originó de forma convencional, con una masa al nacer inferior a la de cien estrellas como el Sol, por ejemplo mediante el proceso típico de implosión de una estrella muy masiva, entonces eso implica que ha estado creciendo a un ritmo anormalmente elevado (estimado en 2,4 veces el límite de Eddington)

En consecuencia, tanto en un caso como en el otro, estamos ante un misterio.

El estudio se titula “X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13”. Su primer firmante es Luca Ighina, del Centro para la Astrofísica (CfA), gestionado conjuntamente por la Universidad Harvard y el Instituto Smithsoniano; en Estados Unidos todas estas instituciones. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)