Un equipo de astrónomos españoles ha detectado agujeros negros supermasivos  por primera vez en una etapa clave de la historia del universo denominada ‘mediodía cósmico’, hace unos 10.000 millones de años, en la que la formación estelar y la actividad de los agujeros negros alcanzaron su punto más álgido. El estudio, liderado por la investigadora Mar Mezcua del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC) se ha publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters.

El estudio recoge el hallazgo de núcleos activos de galaxia (AGN, por sus siglas en inglés), es decir, agujeros negros que crecen activamente, en galaxias de baja masa hace unos 10.000 millones de años. La principal característica de estos AGN es que son más masivos de lo esperado teniendo en cuenta la masa de sus galaxias anfitrionas. Al ser galaxias de baja masa, se espera que la masa de sus agujeros negros sea de menos de un millón de veces la del Sol. Sin embargo, la masa encontrada corresponde a la de los agujeros negros supermasivos (cuya masa es de más de un millón de veces la del Sol), típicamente alojados en galaxias masivas y no en galaxias enanas.

Este hallazgo vincula por primera vez los AGN detectados en galaxias de baja masa en el universo temprano por el telescopio espacial James Webb con los que han sido detectados en el universo local. Sorprendentemente, se ha descubierto que las propiedades de las fuentes en el universo temprano como las localizadas en el mediodía cósmico son las mismas en términos de propiedades de los agujeros negros, como masa, la luminosidad o la tasa de acreción, lo que sugiere que se trata del mismo tipo de fuentes pero en diferentes épocas cósmicas.

“Se cree que los agujeros negros supermasivos que se encuentran en las galaxias de baja masa se originaron a partir de semillas de agujeros negros en el universo temprano. Por lo tanto, encontrar una conexión entre el universo local y el universo temprano puede suponer un paso adelante en la comprensión de cómo se formaron y evolucionaron estos agujeros negros semilla”, afirma Mar Mezcua, investigadora del ICE-CSIC y del IEEC, y primera autora de este estudio.

El origen de los primeros agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros supermasivos se forman a partir de agujeros negros semilla en el universo temprano, también llamados agujeros negros de masa intermedia, que tienen una masa de entre cien y un millón de masas solares. Los restos de los agujeros negros semilla que no se convirtieron en supermasivos se pueden encontrar en galaxias de baja masa en el universo local.

El equipo investigará con mayor profundidad las propiedades de las galaxias de baja masa y sus agujeros negros del mediodía cósmico en adelante.

Las galaxias de baja masa detectadas en el estudio contienen agujeros negros supermasivos -y no de masa intermedia-, y son similares a los agujeros negros supermasivos encontrados en las primeras etapas del universo por el telescopio espacial James Webb. Esto ofrece a la comunidad científica una gran oportunidad para vincular el universo local y el temprano, y así comprender mejor la formación y evolución de los agujeros negros semilla.

«Los agujeros negros supermasivos residen en el centro de la mayoría de las galaxias masivas, como la Vía Láctea, y juegan un papel clave en la evolución de las galaxias, por lo que es muy importante comprender cómo se forman y evolucionan», añade Mar Mezcua.

Los datos utilizados proceden de cartografiados espectroscópicos públicos, como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ubicado en el Observatorio Apache Point en Nuevo México (Estados Unidos), el «VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey» (VIPERS) del Observatorio Europeo Austral ( ESO), así como datos publicados del telescopio espacial James Webb.

“Los orígenes y los mecanismos detrás del crecimiento de los agujeros negros supermasivos siguen siendo enigmáticos. Con telescopios de última generación superando los límites de la capacidad de observación de AGN, estamos a punto de obtener conocimientos más completos sobre los agujeros negros y la historia cósmica. Gracias a los estudios sinérgicos de las muestras proporcionadas por el telescopio James Webb y telescopios terrestres como VIPERS no sólo podemos investigar estos fenómenos cósmicos sino también arrojar luz sobre la evolución de las galaxias y la formación de nuestro universo tal como lo conocemos hoy”, afirma Malgorzata Siudek, investigadora postdoctoral del ICE-CSIC.

El equipo investigará con mayor profundidad las propiedades de las galaxias de baja masa y sus agujeros negros del mediodía cósmico en adelante, con el objetivo de buscar la presencia de vientos de agujeros negros, así como de huellas de fusiones de galaxias que podrían arrojar luz sobre por qué los agujeros negros son más masivos de lo esperado.

Referencia:

Mezcua, M., et al. ‘Overmassive Black Holes at Cosmic Noon: Linking the Local and the High-redshift Universe’. The Astrophysical Journal Letters.