Webb observa un agujero negro supermasivo devorándose en el universo primitivo
This image shows the location of galaxy CANUCS-LRD-z8.6 in galaxy cluster MACS J1149.5+2223, as seen by Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam). CANUCS-LRD-z8.6 is part of a class of small, very distant and strikingly red galaxies called Little Red Dots (LRDs), which have been spotted in increasing numbers by Webb’s surveys of the early Universe. It is located in the constellation Leo (the Lion), and is seen by Webb just 570 million years after the Big Bang. With the help of Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec), researchers have confirmed an actively growing supermassive black hole in CANUCS-LRD-z8.6. Analysing the galaxy’s spectrum yielded an estimate of the black hole’s mass, revealing it to be unusually large for such an early stage in the Universe, and showed that CANUCS-LRD-z8.6 is compact and has not yet produced many heavy elements (a galaxy at an early stage of its evolution). This combination challenges existing theories about the formation of galaxies and black holes in the early Universe. [Image Description: The left side of this visual shows an image of many glowing galaxies in various shapes and colours, including spiral and elliptical galaxies, on a black background. A small box near the top of this image highlights a small collection of galaxies. This box is pulled out to the right side, showing the same area zoomed in to reveal its details up close. This region shows a small circular red galaxy in the centre, which is labelled “CANUCS-LRD-z8.6”.]
Fuente Webb/ESA
Investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA han confirmado la existencia de un agujero negro supermasivo en crecimiento activo dentro de una galaxia, tan solo 570 millones de años después del Big Bang. CANUCS-LRD-z8.6, perteneciente a una clase de galaxias pequeñas y muy distantes que han desconcertado a los astrónomos, representa una pieza clave de este rompecabezas que desafía las teorías existentes sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el universo primitivo. El descubrimiento conecta los agujeros negros primigenios con los cuásares luminosos que observamos hoy.
Durante sus primeros tres años, los estudios del universo primitivo realizados por el Webb han revelado un número creciente de objetos pequeños, extremadamente distantes y de un rojo intenso. Estos llamados Pequeños Puntos Rojos (LRD, por sus siglas en inglés) siguen siendo un misterio fascinante para los astrónomos, a pesar de su inesperada abundancia. El descubrimiento de CANUCS-LRD-z8.6, posible gracias a las excepcionales capacidades del Webb, ha contribuido a la búsqueda de respuestas. El espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del telescopio Webb permitió a los investigadores observar la tenue luz de esta galaxia distante y detectar características espectrales clave que apuntan a la presencia de un agujero negro en acreción.
Roberta Tripodi, autora principal del estudio e investigadora de la Facultad de Matemáticas y Física (FMF) de la Universidad de Ljubljana, en Eslovenia, y del INAF – Observatorio Astronómico de Roma, en Italia, explicó: «Este descubrimiento es realmente extraordinario. Hemos observado una galaxia de menos de 600 millones de años después del Big Bang, y no solo alberga un agujero negro supermasivo, sino que este está creciendo rápidamente, mucho más rápido de lo que cabría esperar en una galaxia de estas características en esta época temprana. Esto desafía nuestra comprensión de la formación de agujeros negros y galaxias en el universo primitivo y abre nuevas vías de investigación sobre cómo se originaron estos objetos».
El equipo analizó el espectro de la galaxia, que mostraba gas altamente ionizado por radiación energética, lo que sugería que estaba girando rápidamente alrededor de una fuente central. Estas características son fundamentales para la detección de un agujero negro supermasivo en acreción. Los datos espectrales precisos permitieron estimar la masa del agujero negro, revelando que es inusualmente grande para una galaxia tan temprana en el Universo, y mostraron que CANUCS-LRD-z8.6 es compacta y aún no ha producido muchos elementos pesados, lo que la convierte en una galaxia en una etapa temprana de su evolución. Esta combinación la convierte en un objeto de estudio fascinante.
Además, la espectroscopia Webb permitió al equipo medir la cantidad de energía emitida en diferentes longitudes de onda, lo que les permitió caracterizar las propiedades físicas de la galaxia. Esto les permitió determinar la masa de las estrellas de la galaxia y compararla con la masa del agujero negro. «Los datos que recibimos de Webb fueron absolutamente cruciales», añadió el Dr. Nicholas Martis, colaborador de la Universidad de Ljubljana, FMF, quien ayudó a analizar el espectro de la fuente. «Las características espectrales reveladas por Webb proporcionaron indicios claros de un agujero negro en acreción en el centro de la galaxia, algo que no se podía observar con la tecnología anterior. Lo que hace esto aún más convincente es que el agujero negro de la galaxia es mucho más masivo que su masa estelar. Esto sugiere que los agujeros negros en el universo primitivo podrían haber crecido mucho más rápido que las galaxias que los albergan».
Los astrónomos ya habían observado que la masa de un agujero negro supermasivo y la de su galaxia anfitriona están relacionadas: cuanto más grande crece una galaxia, mayor se vuelve también su agujero negro central. CANUCS-LRD-z8.6 es la galaxia anfitriona más masiva conocida para una época tan temprana; sin embargo, su agujero negro central es aún más masivo de lo esperado, desafiando la relación habitual. Este resultado sugiere que los agujeros negros pudieron haberse formado y comenzado a crecer a un ritmo acelerado en el universo primitivo, incluso en galaxias relativamente pequeñas.
«Este descubrimiento representa un avance crucial en la comprensión de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos del universo», explicó el profesor Maruša Bradač, líder del grupo en la Universidad de Ljubljana, FMF. «El inesperado y rápido crecimiento del agujero negro en esta galaxia plantea interrogantes sobre los procesos que permitieron la aparición temprana de objetos tan masivos. A medida que continuemos analizando los datos, esperamos encontrar más galaxias como CANUCS-LRD-z8.6, lo que podría brindarnos una comprensión aún mayor de los orígenes de los agujeros negros y las galaxias».
El equipo ya está planificando observaciones adicionales con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Webb para estudiar con mayor profundidad el gas frío y el polvo de la galaxia y refinar su comprensión de las propiedades del agujero negro. La investigación en curso sobre este LRD está a punto de responder preguntas cruciales sobre el universo primitivo, incluyendo cómo coevolucionaron los agujeros negros y las galaxias durante los primeros mil millones de años de la historia cósmica.
A medida que los astrónomos continúan explorando el universo primitivo con el JWST, se espera que surjan nuevas sorpresas, ofreciendo una imagen cada vez más detallada de cómo crecieron y evolucionaron los primeros agujeros negros supermasivos, preparando el terreno para la formación de los luminosos cuásares que iluminan el universo hoy en día.
Referencia
- Tripodi, R., Martis, N., Markov, V. et al. Extreme properties of a compact and massive accreting black hole host in the first 500 Myr. Nat Commun 16, 9830 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65070-x
