Un gran agujero negro pone en duda la teoría de la coevolución de las galaxias

Se pueden encontrar agujeros negros en los centros de casi todas las galaxias y la mayoría tiene poca masa en comparación con su galaxia anfitriona. Sin embargo, investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH), en Suiza, han descubierto un agujero negro masivo en particular, que creció tan rápidamente que la galaxia anfitriona no fue capaz de mantener el ritmo, lo que pone en duda el pensamiento anterior sobre la co-evolución de las galaxias y sus agujeros negros centrales.

El investigador Benny Trakhtenbrot, del Instituto de Astronomía de ETH Zúrich, junto con un equipo internacional de astrofísicos, buscó antiguos agujeros negros masivos utilizando el telescopio de 10 metros Keck en Hawai. Aunque este tipo de observaciones son rutinarias para ellos, Trakhtenbrot y el equipo se vieron sorprendidos por el primer agujero negro que analizaron.

Los datos recogidos con un nuevo instrumento revelaron un agujero negro gigante en una galaxia distante por lo demás normal, llamado CID-947. Debido a que su luz tuvo que viajar una distancia muy larga, los científicos lo observaron en una época en la que el universo tenía menos de 2.000 millones de años, sólo el 14 por ciento de su edad actual (casi han pasado 14.000 millones de años desde el Big Bang). Un análisis de los datos recogidos en Hawai reveló que el agujero negro en la galaxia CID-947, con casi 7.000 millones de masas solares, es uno de los agujeros negros más masivos descubiertos hasta ahora.

Lo que ha sorprendido a los investigadores particularmente no fue el récord en cuanto a la masa del agujero negro, sino más bien la masa de la galaxia. "Las mediciones corresponden a la masa de una galaxia típica, detalla Trakhtenbrot, investigador postdoctoral en el trabajo dentro del grupo de investigación de la profesora de Astrofísica Extragaláctica Marcella Carollo. Por lo tanto, tenemos un gigantesco agujero negro en una galaxia de tamaño normal".

El resultado, que se revela junto con los pormenores de la investigación en un artículo que se publica en 'Science', fue tan sorprendente, que dos de los astrónomos tuvieron que verificar la masa de la galaxia de forma independiente, llegando ambos a la misma conclusión.

La teoría de la relatividad de Einstein

La mayoría de las galaxias, incluyendo la Vía Láctea, tiene un agujero negro en su centro de entre millones y miles de millones de masas solares. "Los agujeros negros son objetos que poseen una gran fuerza gravitacional de la que nada, ni siquiera la luz puede escapar. La teoría de la relatividad de Einstein describe cómo se doblan a sí mismos en el espacio-tiempo", explica el profesor de la ETH Kevin Schawinski, coautor del nuevo estudio.

La existencia de agujeros negros puede probarse porque la materia se acelera en gran medida por la fuerza de la gravedad y, por lo tanto, emite radiación de particularmente alta energía.

Hasta ahora, las observaciones indican que cuanto mayor es el número de estrellas presentes en la galaxia, más grande es el agujero negro. "Esto es cierto para el universo local, que no hace más que reflejar la situación en el pasado reciente del Universo", señala Trakhtenbrot. Esta relación, junto con otros elementos, llevó a los científicos a suponer que el crecimiento de los agujeros negros y la formación de estrellas van mano a mano.

Según Trakhtenbrot, este planteamiento es bastante razonable si un depósito común de gas frío fue el responsable de la formación de las estrellas y de la 'alimentación' del agujero negro en el centro de la galaxia. Además, estudios anteriores sugieren que la radiación emitida durante el crecimiento del agujero negro controla o incluso detiene la creación de estrellas, a medida que la energía liberada calienta el gas. Sin embargo, los últimos resultados plantean que estos procesos funcionan de forma diferente, por lo menos en el universo temprano.

El agujero negro joven lejano observado por Trakhtenbrot y sus colegas tenía aproximadamente diez veces menos masa que su galaxia. En el universo local de hoy, los agujeros negros suelen alcanzar una masa de entre el 0,2 y el 0,5 por ciento de la masa de la galaxia anfitriona. "Eso significa que este agujero negro creció mucho más eficientemente que su galaxia, lo que que contradice los modelos que predecían un desarrollo mano a mano", explica este investigador de la ETH.

Los científicos también concluyen de sus observaciones que, aunque el agujero negro ha llegado al final de su crecimiento, las estrellas seguían formándose. Contrariamente a los supuestos anteriores, el flujo de energía y gas impulsadoo por el agujero, no impidió la creación de estrellas.

La galaxia podría seguir creciendo en el futuro, pero la relación entre la masa del agujero negro y la de las estrellas seguiría siendo inusualmente grande. Los investigadores creen que CID-947 podría por lo tanto ser un precursor de los sistemas masivos más extremos que se observan en el universo local de hoy, como la galaxia NGC 1277 en la constelación de Perseo, a unos 220 millones de años luz de distancia de la Vía Láctea.

Estos expertos tienen la esperanza comprender mejor los vínculos entre el agujero negro y la galaxia anfitriona, a través de observaciones con el radiotelescopio Alma en Chile.