El telescopio James Webb confirma un agujero negro supermasivo que se aleja de su galaxia anfitriona a 2 millones de mph
Impresión artística del agujero negro supermasivo desbocado, que deja tras de sí una estela de estrellas jóvenes de unos 200.000 años luz de longitud. (Crédito de la imagen: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))
Fuente Live Science
El JWST observó el brillante rastro de estrellas que dejó un candidato a agujero negro supermasivo fugitivo en las profundidades del espacio, revelando nuevos conocimientos después de que otros telescopios observaran el evento.
Una onda de choque, a gran distancia en el espacio, podría ser la señal reveladora del primer agujero negro supermasivo «fugitivo» confirmado, escapando de su galaxia anfitriona a 3,6 millones de km/h (2,2 millones de millas por hora).
La posible confirmación del Telescopio Espacial James Webb (JWST), publicada en el servidor de preimpresión Arxiv el 3 de diciembre, aún no ha sido revisada por pares. Sin embargo, se ha enviado a Astrophysical Journal Letters y el autor principal del estudio, Pieter van Dokkum, profesor de astronomía y física en la Universidad de Yale, ha publicado varios artículos revisados por pares sobre posibles agujeros negros supermasivos en los últimos años.
Van Dokkum afirma que esta es la primera confirmación de un agujero negro supermasivo fugitivo, tras cinco décadas de teoría e investigación sobre estos objetos. «El siguiente paso obvio es buscar más ejemplos», declaró a LiveScience.
Rastreando una estela de estrellas
El candidato a agujero negro fue detectado por primera vez en 2023 por el equipo de van Dokkum, quien observó una tenue línea en una imagen de archivo del Telescopio Espacial Hubble. La visión fue tan extraña que el equipo realizó nuevas observaciones desde el Observatorio Keck en Hawái.
Las observaciones de entonces mostraron que el agujero negro tiene una masa de 20 millones de soles y que la extraña línea era una «estela» de estrellas jóvenes que se extendía 200.000 años luz a través del espacio, el doble del diámetro de toda la Vía Láctea. La imagen del Hubble captura un momento en el que el universo tenía aproximadamente la mitad de su edad actual de 13.800 millones de años.
«Sospechábamos que este extraño objeto podría ser un agujero negro supermasivo desbocado, pero no teníamos pruebas irrefutables», declaró van Dokkum. Así que, para su nueva investigación, el equipo recurrió al JWST, un observatorio de espacio profundo único por su «sensibilidad y nitidez», según van Dokkum, «para observar el arco de choque creado por el rápido avance del agujero negro».
Las imágenes resultantes asombraron al equipo.
El instrumento de infrarrojo medio del JWST representó la onda de choque, o arco de choque, en el borde delantero del escape del candidato a agujero negro con una claridad sin precedentes. «Es un poco como las olas creadas por un barco», dijo van Dokkum. «En este caso, el barco es un agujero negro y es muy difícil de ver, pero podemos ver el ‘agua’ —en realidad, hidrógeno y oxígeno— que [el agujero negro] expulsa frente a él».
Van Dokkum quedó asombrado. «Todo en este objeto nos decía que era algo realmente especial, pero ver esta clara señal en los datos fue increíblemente satisfactorio», añadió.
Además de la gran resolución del JWST, van Dokkum afirmó que su estudio demostró que las observaciones coincidían con los datos del Hubble y el Keck en diferentes longitudes de onda de luz. Los datos «proporcionan diferentes piezas del rompecabezas», afirmó, «y encajan a la perfección, tal como predicen los modelos teóricos».
Un misterio supermasivo
El estudio de los agujeros negros fugitivos, como este candidato, revela a los científicos más sobre la evolución de las galaxias y los agujeros negros, afirmó van Dokkum. La mayoría de las grandes galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, tienen agujeros negros supermasivos incrustados en su centro. Si pueden escapar de sus estrechos vínculos galácticos es un misterio de larga data.
La única forma en que un agujero negro supermasivo podría ser arrancado de su galaxia, según van Dokkum, es si al menos dos de estos agujeros negros se acercan extraordinariamente, y la intensa interacción gravitacional «expulsa» a uno de ellos.
La nueva investigación sugiere que el candidato a fugitivo se produjo después de que al menos dos, y potencialmente hasta tres, agujeros negros interactuaran. Con masas de al menos 10 millones de soles cada uno, van Dokkum afirmó que la violencia del encuentro debió haber sido «bastante fuerte».
En cuanto a dónde buscar a continuación un agujero negro supermasivo fugitivo, el artículo de investigación señala «varios candidatos prometedores», pero la interpretación de estos sistemas es difícil. Un ejemplo es el ambiguo objeto conocido como el «Búho Cósmico», que se encuentra a unos 11 000 millones de años luz de la Tierra.
El Búho Cósmico, según el nuevo artículo, incluye dos núcleos galácticos —cada uno con un agujero negro supermasivo activo en el centro de la galaxia— y un tercer agujero negro supermasivo que, curiosamente, está «incrustado en una nube de gas» entre las dos galaxias.
Cómo llegó ese tercer agujero negro a una nube de gas es motivo de controversia. Algunos investigadores afirman que podría ser un agujero negro fugitivo que escapó de una de las galaxias anfitrionas, pero las observaciones del JWST realizadas por el grupo de van Dokkum desafían esa interpretación. Sus observaciones sugieren que el agujero negro fuera de lugar «probablemente… se formó in situ mediante un colapso directo» de gas, producido por ondas de choque después de que las dos galaxias casi colisionaran.
Se necesitan más estudios sobre este y otros objetos que podrían contener posibles agujeros negros fugitivos. Van Dokkum mencionó los telescopios espaciales Euclid, actual, y Nancy Grace Roman, próximo a lanzarse, como instrumentos de sondeo prometedores, ya que estos telescopios están diseñados para observar todo el cielo, a diferencia del JWST. «Eso nos dirá con qué frecuencia ocurre esto, algo que nos gustaría saber».
