¿Qué fue antes, las estrellas o los agujeros negros?

El 19 de febrero, un grupo de astrónomos afirmaron haber descubierto lo que podría ser el objeto más voraz y luminoso del Universo visible, un agujero negro supermasivo que engullía a una estrella al día. Esto implicaría que, hace 11.000 millones de años, al amanecer de los tiempos, una garganta cósmica tragaba una masa equivalente a 370 solos cada año. Sí, cuesta digerir.

En un artículo publicado en la revista Nature Astronomy, Christian Wolf, de la Universidad Nacional Australiana, y sus compañeros del país y de Europa calificaron el objeto en cuestión, que está en el centro de un cuásar llamado J0529-4351, como “el agujero negro de crecimiento más rápido del Universo”. Según sus cálculos, se trataría de uno de los agujeros negros más masivos jamás detectados, con una masa equivalente a 17.000 millones de soles.

¿Cálculos inciertos?

Pero otros astrofísicos ponen en duda este resultado cuestionando los métodos de cálculo de la masa y la luminosidad del nuevo cuásar. Aseguran que los cálculos son demasiado inciertos para considerarlos concluyentes. “El valor puede ser correcto, pero no creo que otros observadores se sorprendieran si resultara que la masa real es algo inferior”, comenta Daniel Holz, astrofísico teórico de la Universidad de Chicago. "Sí que parece un objeto extremo", reconoce. Pero añade: "Me extrañaría mucho que resultara ser el quásar más luminoso del cielo".

Jenny Greene, profesora de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton, ha calificado el resultado de “bufón”. “Es guapo eso de elegir lo más brillante de algo”, comenta. Sin embargo, coincide con Holz: “Me da la impresión de que la diferencia de luminosidad entre este cuásar y otros no es tan grande, teniendo en cuenta la variabilidad histórica de los cuásares. Ni siquiera está claro que este objeto sea más luminoso que los demás”.

Chung-Pei Ma, astrofísica de la Universidad de California (campus de Berkeley), también dice la suya: según ella, los cálculos de masa de estos agujeros negros podrían estar equivocados por un factor de dos o de tres: "Demasiado para hacerme perder el sueño pensando en la viabilidad de los modelos cosmológicos dominantes".

Objetos de récord

Se trata de cifras de magnitudes mareadoras, se mire por donde se mire. “Hay un juego extraño al que jugamos los astrónomos en los que siempre buscamos el mayor, el más brillante, el más reciente, el más antiguo, etc.”, dice Holz en un correo electrónico. “Los objetos de récord son una forma eficiente de aprender cosas sobre el Universo. Los extremos ayudan a iluminar el contorno de un problema y llevar nuestras teorías hasta el punto de ruptura (o más allá)”.

Es precisamente lo que ocurre con los cuásares y los agujeros negros. Los cuásares son objetos distantes que, en el cielo, parecen estrellas. En los años 60 se descubrió que emitían torrentes de energía sorprendentes y que brillaban más que ninguna estrella de la galaxia donde estaban.

Desde entonces, los astrónomos han llegado a la conclusión de que toda esta energía la produce materia que se precipita por agujeros negros gigantescos. De la misma forma que una bañera no se puede vaciar en un instante, la materia sólo puede desaparecer por el desagüe cósmico a cierto ritmo, conocido como el límite de Eddington, el cual depende del tamaño del agujero negro. El resto queda atrapado en una especie de torniquete de entrada funesto, un disco arremolinado y chispeante que irradia energía. De ahí que los agujeros negros, a pesar del nombre, sean los objetos más luminosos del Universo.

Al tener un aspecto muy parecido a las estrellas, los cuásares son difíciles de detectar en el cielo. Wolf, un cazador de cuásares consagrado, comenta en un correo electrónico que disfruta de la cacería: “Hace que vuelva a sentirme como un niño”.

17.000 millones de suelos

En el caso que nos ocupa, el quasar era visible a simple vista en la base de datos de la nave Gaia de la Agencia Espacial Europea, que ha cartografiado la ubicación y las propiedades de miles de millones de estrellas desde su lanzamiento 2013. Wolf y su equipo le identificaron como quasar después de observarlo con un telescopio en el Observatorio de Siding Spring, en Australia. Las mediciones espectrográficas posteriores mediante el Very Large Telescope controlado por el Observatorio Austral Europeo de Paranal (Chile) les permitieron calcular el tamaño de su disco de acreción y la velocidad del gas de su interior.

Esto, a su vez, les permitió concluir que el agujero negro tenía unos 17.000 millones de masas solares y, dado el tamaño, que ganaba demasiado tan rápidamente como podía según el límite de Eddington. "En este proceso, sólo su disco de acreción emite una energía radiante que equivale a la de entre 365 y 640 billones de soles", escriben los astrónomos en un artículo. El equipo espera poder obtener mejores resultados pronto gracias a una versión mejorada del nuevo instrumento de alta resolución llamado Gravity on the Very Large Telescope y al telescopio Extremely Large Telescope, que se está construyendo en Chile.

Reconociendo que en todos los cálculos de la masa de estos agujeros negros distantes surgidos en los inicios del Universo hay un margen de incertidumbre considerable, Wolf afirma que los nuevos instrumentos deberían ser capaces de obtener una imagen bien definida del disco de acreción y su rotación tormentosa. A partir de esta imagen, podría estimarse con precisión la masa del agujero negro. “Esto pondrá a prueba nuestras mediciones en su extremo más alto y podría ayudar a cerrar el debate sobre todas las extrapolaciones en las que nos basamos ahora –dice–. Será sin duda un paso importante para la cosmología”.

A modo de comparación, el agujero negro situado en el centro de la Vía Láctea sólo tiene una masa equivalente a cuatro millones de soles y el del centro de la galaxia gigantesca M87, en Virgo, del que se han obtenido imágenes, tiene una masa de 6.500 millones de soles.

¿Anteriores a las estrellas?

Las detecciones recientes de agujeros negros supermasivos en el seno de galaxias de los inicios de la historia del Universo, sólo 1.000 o 2.000 millones de años posteriores al Big Bang, han suscitado un debate sobre cómo pudieron adquirir tanta magnitud tan rápidamente. Los astrónomos han teorizado durante mucho tiempo que, cuando el Universo tenía tan sólo unos 100 millones de años, surgieron los agujeros negros: las primeras estrellas se consumieron, explotaron y se hicieron añicos para convertirse en agujeros negros con una masa varias decenas de veces mayor que la del Sol. En principio, con el paso del tiempo a una escala cósmica, los agujeros negros podrían haber ido creciendo hasta convertirse en los monstruos que habitan en el centro de casi todas las galaxias a base de fusionarse con otros agujeros negros, acumular gas y engullir ocasionalmente a alguna estrella que se acercara más de la cuenta.

Con el ritmo de crecimiento observado, comenta Wolf, el agujero negro del cuásar habría doblado la masa cada 30 millones de años, lo que le habría permitido alcanzar los 17.000 millones de soles en cuestión de 3.000 millones de años. años desde el Big Bang. Ahora bien, es improbable que los agujeros negros crezcan ininterrumpidamente a la máxima capacidad, añade, y señala que sólo alcanzan el límite de Eddington de forma intermitente, cuando se les presenta la oportunidad de hacer un buen festín. Telescopios espaciales como James Webb han descubierto agujeros negros de los primeros tiempos del Universo con una masa aún mayor, pero ninguno de ellos es tan luminoso como el J0529-4351.

Esto ha llevado a algunos astrónomos a especular que muchos de estos agujeros negros tienen un origen primordial, son anteriores a las estrellas y las galaxias y, desde el primer momento, tuvieron una masa muy considerable. “Yo mismo me estoy haciendo a la idea de que los agujeros negros surgieron antes que las galaxias y fueron la semilla en torno a la cual se formaron las galaxias en lugar de estar al revés”, reconoce Wolf. "Esto se propuso hace décadas, pero se consideró demasiado descabellado para tener una aceptación generalizada", comenta. Los resultados del nuevo Telescopio Espacial James Webb, sin embargo, han insuflado vida a esa idea. "Es un momento muy interesante", comenta Wolf.