Agujeros negros pueden igualar la masa estelar en las primeras galaxias

Agujeros negros inesperadamente masivos dominan pequeñas galaxias en el universo distante - CFA/MELISSA WEISS

   MADRID, 10 Ene. (EUROPA PRESS) -

   Astrónomos han descubierto que los agujeros negros supermasivos en los centros de las primeras galaxias son mucho más masivos de lo esperado.

   En galaxias maduras cercanas, como nuestra Vía Láctea, la masa total de las estrellas supera ampliamente la masa del gran agujero negro encontrado en el centro de la galaxia en aproximadamente 1.000 a 1. Sin embargo, en las galaxias distantes recién descubiertas, esa diferencia de masa cae a 100 o 10 a 1, e incluso 1 a 1, lo que significa que el agujero negro puede igualar la masa combinada de las estrellas de su galaxia anfitriona.

   Esta imagen de agujeros negros inesperadamente masivos en galaxias incipientes proviene del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Antes los astrónomos generalmente estaban limitados en sus estudios de agujeros negros distantes a cuásares estupendamente brillantes, compuestos de monstruosos agujeros negros devoradores de materia que eclipsan por completo a las estrellas de sus galaxias anfitrionas.

   "Con JWST, ahora finalmente podemos observar agujeros negros de menor masa, pero todavía supermasivos, en galaxias pequeñas y lejanas, y también podemos ver las estrellas en estas galaxias anfitrionas", dice en un comunicado Fabio Pacucci, miembro de Clay en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian (CfA). "Esto nos permite estudiar, por primera vez, los primeros agujeros negros y sus galaxias anfitrionas a medida que evolucionan juntos".

   Pacucci es el autor principal de un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters.

   "Hemos aprendido que las galaxias jóvenes y distantes violan la relación entre la masa de los agujeros negros y la masa estelar, que está muy bien establecida en las galaxias maduras cercanas: estos agujeros negros primitivos son sin duda demasiado masivos en relación con la población estelar de sus anfitriones", dice Roberto Maiolino , profesor de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y coautor del estudio. "Con JWST, será posible determinar cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos, encontrando agujeros negros que están más lejos y son más pequeños que los encontrados hasta ahora, y que nuestro estudio predice que serán bastante abundantes".

   Para el estudio, Pacucci y sus colegas realizaron un análisis estadístico de un conjunto de 21 galaxias, que se encuentran entre 12 y 13 mil millones de años luz de distancia, y las observaron a través de tres estudios JWST publicados.

   Estas 21 galaxias albergan agujeros negros centrales con masas típicas estimadas en decenas o cientos de millones de veces la de nuestro Sol, todavía supermasivos, pero comparativamente débiles en comparación con los agujeros negros que alimentan la mayoría de los quásares distantes observados hasta la fecha, que cuentan con miles de millones de veces la masa del sol.

   "En general, vemos que los agujeros negros en las galaxias jóvenes observadas por JWST son entre diez y cien veces más masivos de lo que predice la relación de escala en el universo local", dice Xiaohui Fan, profesor de la Universidad de Arizona, y coautor del estudio. autor del estudio. "La proporción entre la masa estelar y la masa de los agujeros negros en las galaxias primitivas era mucho menor entonces, hace más de una docena de mil millones de años, en comparación con la actual. Este resultado tiene implicaciones importantes para el estudio de la primera población de agujeros negros".

   Estimar con precisión esta proporción debería ayudar a indicar cómo se originaron los precursores de los agujeros negros supermasivos, denominados semillas de agujeros negros. En términos generales, los astrónomos han esbozado dos caminos principales: semillas "ligeras" o "pesadas".

   Las semillas de los agujeros negros ligeros habrían tenido una masa relativamente baja, entre 100 y 1.000 veces la masa del Sol. Estas semillas de luz se habrían formado como restos de las primeras y colosales estrellas del universo. En el otro extremo, las pesadas semillas de los agujeros negros habrían tenido entre 10.000 y 100.000 masas solares. En teoría, semillas tan pesadas surgieron del colapso gravitacional directo de nubes de gas titánicas.

   La ruta de la semilla pesada, al preparar el escenario para el crecimiento desde un punto de partida mucho más alto, debería facilitar la formación oportuna de los primeros agujeros negros supermasivos que el equipo de investigadores ha descubierto en los últimos veinte años a distancias progresivamente mayores. Los nuevos hallazgos sobre agujeros negros supermasivos dan credibilidad a la idea de la semilla pesada, porque las simulaciones y los cálculos teóricos de esta vía predicen que los agujeros negros deberían ser aproximadamente tan masivos o incluso más masivos que el componente estelar de las galaxias jóvenes en las que viven.

   Cómo las galaxias tomaron forma y coevolucionaron alrededor de las semillas primitivas de los agujeros negros sigue siendo una cuestión astrofísica abierta. ¿Los agujeros negros crecieron principalmente mediante la absorción de gas o mediante fusiones con otros agujeros negros? ¿Y la masa estelar se acumuló principalmente dentro de la galaxia, o fueron necesarias fusiones con otras galaxias más grandes? Pacucci y este equipo esperan que las respuestas comiencen a materializarse con estudios JWST adicionales.

   "A lo largo del tiempo cósmico, sabemos que la proporción entre la masa estelar y la del agujero negro alcanza progresivamente la proporción local de 1.000 a 1 del universo moderno. Esto sucede a medida que el agujero negro y su sistema galáctico anfitrión evolucionan juntos, fusionándose con otras galaxias y formando legiones de estrellas", afirma Pacucci. "En lo que todavía estamos trabajando es en ver el universo con suficiente profundidad para reconstruir cómo empezó todo esto".