Millones de agujeros negros poblaron el universo temprano

Los agujeros negros son regiones del espacio que concentran una gran cantidad de masa en su interior y una enorme densidad, lo que genera un campo gravitatorio capaz de atraer cualquier partícula material. Ni siquiera los fotones (que son las partículas que componen la luz) escapan a los agujeros negros.

Hasta el momento, los astrónomos habían conseguido observar cada vez más lejos en el espacio y en el tiempo (en astronomía, a mayor distancia estudiada, los datos obtenidos se corresponden con un universo más antiguo) para analizar estas regiones, gracias a los telescopios más potentes. Sin embargo, la detección de agujeros negros gigantes, ocultos en los centros de las galaxias, se les había resistido.

Ahora, un equipo de especialistas de la Universidad de Michigan, en Estados Unidos, ha conseguido encontrar las primeras evidencias directas de que estos agujeros negros fueron comunes en el llamado “universo temprano”, etapa inicial del universo que se produjo tras el Big Bang o gran explosión.

Rastreando con Chandra

Según publica la Universidad de Michigan en un comunicado, las evidencias fueron obtenidas gracias a las imágenes de rayos X más profundas jamás tomadas, que fueron registradas por el Observatorio de rayos-X Chandra, un satélite artificial lanzado por la NASA en 1999.

Dichas imágenes mostraron que agujeros negros muy jóvenes aumentaron, en los estadios iniciales del universo, de manera más agresiva de lo que hasta ahora se había creído, y al mismo tiempo que crecían las galaxias que los hospedaban (o sus galaxias huésped).

En el presente estudio, los investigadores enfocaron el observatorio Chandra hacia una parcela concreta del cosmos, durante más de seis semanas: hacia el llamado Chandra Deep Field South (CDFS) (Campo profundo sur de Chandra). Esta región, que se localiza en la llamada constelación Fornax, es la más profunda exposición de rayos-X jamás producida.

En concreto, los datos producidos por la combinación de los registros de Chandra, con imágenes infrarrojas y de óptica profunda tomadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA, permitieron a los astrónomos detectar agujeros negros en 200 galaxias distantes, y en un momento en que el universo tenía entre 800 y 900 millones de años (según calculan los especialistas, el universo tiene en la actualidad unos trece mil setecientos millones de años).

Más agujeros negros, más cuásares

Los científicos explican que el exacerbado aumento de los agujeros negros de la región CDFS hace miles de millones de años estaría asociado a la presencia de cuásares u objetos celestes muy luminosos que son alimentados por agujeros negros supermasivos (con una masa del orden de millones o miles de millones de masas solares).

Los investigadores han descubierto que, en el universo temprano, entre el 30 y el 100% de las galaxias más lejanas contuvieron agujeros negros supermasivos crecientes. Si se extrapolasen los resultados obtenidos de la observación de la pequeña región CDFS al resto del cosmos, los astrónomos calculan que en él debió haber, en aquel entonces, al menos 30 millones de agujeros negros supermasivos. Esta cantidad es un número 10.000 veces mayor al de número de cuásares que se había estimado habría en el universo inicial.

Uno de los autores del estudio, el astrónomo Kevin Schawinsky, de la Universidad de Yale, señala que: “Parece que hemos encontrado toda una población de agujeros negros recién nacidos. Creemos que estos “bebés” crecieron hasta convertirse en los agujeros negros gigantes que hoy, casi 13 mil millones de años más tarde, estamos viendo”.

Dificultades de observación superadas

Según explica otra de las autoras de la investigación, la astrónoma de la Universidad de Michigan, Marta Volonteri: “Teníamos razones para esperar que los agujeros negros existieran en muchas de las galaxias iniciales, pero hasta ahora éstos habían escapado a nuestras búsquedas”.

De hecho, se había previsto que una población de agujeros negros “bebé” existiera en el universo temprano, pero dicha población no había podido ser observada hasta el momento.

La principal dificultad de estudio de los agujeros negros radica en que éstos se encuentran casi todos rodeados por densas nubes de gas y polvo, por lo que los telescopios ópticos no pueden detectarlos. Sin embargo, la luz de rayos-X de alta energía sí puede penetrar estas nubes, y permitir estudiar lo que ocultan.

Los detallados cálculos realizados por Volonteri y sus colaboradores a partir de estas observaciones demostraron que la cantidad total de crecimiento de estos agujeros negros fue unas cien veces mayor de lo que se había estimado.

Según Ezequiel Treister, astrónomo de la Universidad de Hawai y director del estudio: “Hasta ahora, no teníamos ni idea de lo que los agujeros negros habían hecho en las galaxias iniciales. Ni siquiera sabíamos si habían existido en ellas. Ahora, sabemos que sí, y que crecieron en extremo”.

Simbiosis entre agujeros negros y galaxias

Dos cuestiones críticas sobre los agujeros negros son cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos y cómo crecieron éstos.

Aunque se habían encontrado evidencias de que existió un crecimiento paralelo de los agujeros negros y de las galaxias en distancias cósmicas más cortas, estos nuevos resultados obtenidos con Chandra demuestran que esta conexión entre galaxias y agujeros negros empezó antes de lo que se creía, quizá en el origen de ambos.

Según Priya Natarajan, co-autora del estudio y astrónoma de la Universidad de Yale: “La mayoría de los astrónomos cree que en el universo actual, el crecimiento de las galaxias y de los agujeros negros es simbiótico. Ahora, hemos demostrado que esta relación de co-dependencia ha existido desde tiempos muy remotos”. Los investigadores han explicado con detalle sus descubrimientos en un artículo aparecido en Nature.