La NASA encuentra un agujero negro con un crecimiento superior al límite normal

El Observatorio de rayos X Chandra de la NASAha descubierto un agujero negro que está creciendo a una de las tasas más rápidas jamás registradas. El agujero negro pesa 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. Produce más rayos X que cualquier otro agujero negro observado en los primeros mil millones de años del universo.

El agujero negro alimenta lo que los científicos llaman un cuásar, un objeto extremadamente brillante que eclipsa galaxias enteras. La fuente de energía de este monstruo resplandeciente son grandes cantidades de materia que se canalizan alrededor del agujero negro y entran en él.

Si bien el mismo equipo lo descubrió hace dos años, se necesitaron observaciones del Chandra en 2023 para descubrir qué distingue a este cuásar, RACS J0320-35. Los datos de rayos X revelan que este agujero negro parece estar creciendo a una velocidad que supera el límite normal para estos objetos.

RACS J0320-35

"Fue un poco impactante ver cómo este agujero negro crecía a pasos agigantados", declaró en un comunicado Luca Ighina, del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, quien dirigió el estudio.

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 óptica. Esta radiación crea presión sobre el material que cae. Cuando la velocidad de caída de materia alcanza un valor crítico, la presión de la radiación equilibra la gravedad del agujero negro, y la materia normalmente no puede caer hacia el interior a mayor velocidad. Este máximo se conoce como el límite de Eddington.

Los científicos creen que los agujeros negros que crecen más lentamente que el límite de Eddington deben tener masas de aproximadamente 10.000 soles o más para poder alcanzar mil millones de masas solares en un plazo de mil millones de años tras el Big Bang, como se ha observado en RACS J0320-35. Un agujero negro con una masa de nacimiento tan elevada podría ser el resultado directo de un proceso inusual: el colapso de una enorme nube de gas denso que contiene cantidades inusualmente bajas de elementos más pesados que el helio, condiciones que podrían ser extremadamente raras.   

2,4 veces el límite de Eddington

Si RACS J0320-35 está creciendo a un ritmo elevado -estimado en 2,4 veces el límite de Eddington- y lo ha hecho durante un tiempo prolongado, su agujero negro podría haberse originado de forma más convencional, con una masa inferior a cien soles, causada por la implosión de una estrella masiva.

"Al conocer la masa del agujero negro y calcular su velocidad de crecimiento, podemos calcular a la inversa su masa al nacer", declaró Alberto Moretti, coautor del INAF-Osservatorio Astronomico di Brera (Italia). "Con este cálculo, podemos probar diferentes ideas sobre el origen de los agujeros negros".

Para determinar la velocidad de crecimiento de este agujero negro (entre 300 y 3.000 soles al año), los investigadores compararon modelos teóricos con la firma de rayos X, o espectro, de Chandra, que proporciona las cantidades de rayos X a diferentes energías. Descubrieron que el espectro de Chandra coincidía estrechamente con lo que esperaban de los modelos de un agujero negro que crece más rápido que el límite de Eddington. Los datos de luz óptica e infrarroja también respaldan la interpretación de que este agujero negro está aumentando de peso a un ritmo superior al permitido por el límite de Eddington.

Chorros de partículas

"¿Cómo creó el universo la primera generación de agujeros negros?", preguntó el coautor Thomas of Connor, también del Centro de Astrofísica. "Esta sigue siendo una de las preguntas más importantes de la astrofísica y este objeto nos ayuda a encontrar la respuesta".

Otro misterio científico abordado por este resultado se refiere a la causa de los chorros de partículas que se alejan de algunos agujeros negros a velocidades cercanas a la de la luz, como se observa en RACS J0320-35. Chorros como este son poco comunes en los cuásares, lo que podría indicar que el rápido crecimiento del agujero negro contribuye de alguna manera a su formación.

El cuásar se descubrió previamente como parte de un estudio radiotelescópico con el Australian Square Kilometer Array Pathfinder, combinado con datos ópticos de la Cámara de Energía Oscura, un instrumento montado en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo en Chile. El Telescopio Gemini-Sur del Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., en Cerro Pachón, Chile, se utilizó para obtener la distancia precisa de RACS J0320-35. Un artículo que describe estos resultados ha sido aceptado para su publicación en 'The Astrophysical Journal'.