¿Qué fue primero: los agujeros negros o las galaxias?

Los agujeros negros no sólo existieron en los albores de los tiempos, sino que también dieron origen a nuevas estrellas y a la formación de galaxias sobrealimentadas, sugiere un nuevo análisis de datos del Telescopio Espacial James Webb.

Los hallazgos trastocan las teorías sobre cómo los agujeros negros dan forma al cosmos, desafiando la comprensión clásica de que se formaron después de que surgieron las primeras estrellas y galaxias. En cambio, los agujeros negros pueden haber acelerado drásticamente el nacimiento de nuevas estrellas durante los primeros 50 millones de años del Universo, un período fugaz en sus 13.800 millones de años de historia.

«Sabemos que estos monstruosos agujeros negros existen en los centros de galaxias cercanas a nuestra Vía Láctea, pero la gran sorpresa ahora es que también estuvieron presentes en el Universo temprano y fueron casi como bloques de construcción o semillas para las primeras galaxias», dijo El autor principal, Joseph Silk, profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Johns Hopkins y del Instituto de Astrofísica de París de la Universidad de la Sorbona. «Realmente impulsaron todo, como amplificadores gigantescos de la formación de estrellas, lo que supone un cambio completo respecto a lo que pensábamos que era posible antes, hasta el punto de que podría alterar por completo nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias».

El trabajo fue publicado recientemente en Cartas de revistas astrofísicas.

Las galaxias distantes del universo temprano observadas a través del telescopio Webb parecen mucho más brillantes de lo que los científicos predijeron y revelan un número inusualmente alto de estrellas jóvenes y agujeros negros supermasivos, dijo Silk.

La sabiduría convencional sostiene que los agujeros negros se formaron después del colapso de estrellas supermasivas y que las galaxias se formaron después de que las primeras estrellas iluminaran el oscuro universo primitivo. Pero el análisis del equipo de Silk sugiere que los agujeros negros y las galaxias coexistieron e influyeron mutuamente en el destino de los demás durante los primeros 100 millones de años. Si toda la historia del universo fuera un calendario de 12 meses, esos años serían como los primeros días de enero, dijo Silk.

«Estamos argumentando que el agujero negro libera nubes de gas trituradas, convirtiéndolas en estrellas y acelerando enormemente el ritmo de formación estelar», dijo Silk. «De lo contrario, es muy difícil entender de dónde vinieron estas galaxias brillantes porque normalmente son más pequeñas en el Universo temprano. ¿Por qué deberían estar formando estrellas tan rápidamente?»

Los agujeros negros son regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar de su atracción, ni siquiera la luz. Debido a esta fuerza, generan poderosos campos magnéticos que desencadenan violentas tormentas, expulsan plasma turbulento y, en última instancia, actúan como enormes aceleradores de partículas, dijo Silk. Este proceso, dijo, es probablemente la razón por la que los detectores de Webb han detectado más agujeros negros y galaxias brillantes de lo que predijeron los científicos.

«No podemos ver estos vientos violentos o chorros muy, muy lejos, pero sabemos que deben estar presentes porque vemos muchos agujeros negros en el Universo temprano», explicó Silk. «Estos enormes vientos procedentes de los agujeros negros aplastan las nubes de gas cercanas y las convierten en estrellas. Ese es el eslabón perdido que explica por qué estas primeras galaxias son mucho más brillantes de lo que esperábamos».

El equipo de Silk predice que el universo joven tuvo dos fases. Durante la primera fase, los flujos de salida a alta velocidad de los agujeros negros aceleraron la formación de estrellas y luego, en una segunda fase, los flujos de salida se ralentizaron. Unos cientos de millones de años después del Big Bang, las nubes de gas colapsaron debido a las tormentas magnéticas de los agujeros negros supermasivos, y nuevas estrellas nacieron a un ritmo mucho mayor que el observado miles de millones de años después en las galaxias normales, dijo Silk. La creación de estrellas se ha ralentizado porque estos poderosos flujos han pasado a un estado de conservación de energía, dijo, reduciendo el gas disponible para formar estrellas en las galaxias.

«Originalmente pensábamos que las galaxias se formaban cuando colapsaba una nube gigante de gas», explicó Silk. “La gran sorpresa es que había una semilla en medio de esa nube – un gran agujero negro – y eso ayudó a convertir rápidamente la parte interna de esa nube en estrellas a un ritmo mucho mayor de lo que esperábamos. Son increíblemente brillantes».

El equipo espera que futuras observaciones del telescopio Webb, con recuentos más precisos de estrellas y agujeros negros supermasivos en el universo temprano, ayuden a confirmar sus cálculos. Silk espera que estas observaciones también ayuden a los científicos a reunir más pistas sobre la evolución del universo.

«La gran pregunta es: ¿cuáles fueron nuestros comienzos? El Sol es una estrella entre 100 mil millones en la Vía Láctea, y también hay un enorme agujero negro en el medio. ¿Cuál es la conexión entre los dos?» el dice. «Dentro de un año tendremos datos mucho mejores y muchas de nuestras preguntas empezarán a recibir respuesta».

Los autores incluyen a Colin Norman y Rosemary FG Wyse de Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman de la Universidad de Colorado y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; y Adi Nusser del Instituto de Tecnología de Israel.