Una pequeña mancha roja, casi perdida en una imagen del universo profundo, acaba de poner sobre la mesa una pregunta enorme. ¿Y si algunos agujeros negros supermasivos no nacieron después de las galaxias, sino antes?
El telescopio espacial James Webb ha observado Abell2744-QSO1, un objeto muy lejano que existía cuando el universo tenía unos 700 millones de años. En su centro hay un agujero negro de unas 50 millones de masas solares, demasiado grande para la diminuta galaxia que lo rodea, según los datos publicados por la NASA, la ESA y el equipo científico internacional.
Una mancha roja muy lejana
Abell2744-QSO1 pertenece a una clase de objetos conocidos como «little red dots», pequeños puntos rojos que el Webb está encontrando en el universo temprano. No son llamativos a simple vista, pero guardan información de una época en la que las primeras galaxias apenas estaban empezando a formarse.
QSO1 se encuentra a más de 13 000 millones de años luz y mide solo unos 1300 años luz de ancho. Para ponerlo en contexto, es una escala pequeña si la comparamos con grandes galaxias actuales, pero dentro de esa región aparece un agujero negro con una masa descomunal.
La clave es que el cúmulo de galaxias Abell 2744, conocido como el cúmulo de Pandora, actúa como una lente natural. Su gravedad curva y amplifica la luz de QSO1, hasta el punto de que el objeto aparece triplicado en la observación. Es como si el universo hubiese colocado una lupa delante del Webb. Y eso se nota.
Cómo se pesó el agujero negro
Hasta ahora, medir la masa de agujeros negros tan antiguos era complicado. Muchas estimaciones dependían de comparaciones con objetos cercanos, lo que dejaba una duda razonable. ¿Valen esas reglas para un universo tan joven?
En este caso, los investigadores usaron el instrumento NIRSpec del Webb para estudiar el movimiento del hidrógeno alrededor del centro de QSO1. El gas se movía siguiendo una rotación kepleriana, parecida a la forma en que los planetas orbitan alrededor del Sol. Eso indica que la masa está concentrada en un punto central.
«Esto es importante porque nos dice que la mayor parte de la masa de QSO1 se concentra en el agujero negro central», explicó Ignas Juodžbalis, uno de los autores principales del estudio. Con ese movimiento del gas, el equipo pudo calcular de forma directa la masa del agujero negro, algo que no se había logrado así en una etapa tan temprana del universo.
Un gigante casi desnudo
El resultado es lo que ha sorprendido a los astrónomos. El agujero negro tiene unas 50 millones de masas solares y representa al menos dos tercios de la masa total de QSO1. En las galaxias cercanas, los agujeros negros supermasivos suelen ser solo una pequeña parte de la masa de su galaxia. Aquí ocurre casi lo contrario.
Por eso algunos científicos hablan de un agujero negro casi «desnudo», no porque esté solo del todo, sino porque la galaxia que lo acompaña parece demasiado pequeña para explicar su tamaño. Es como encontrar el motor de un transatlántico dentro de una barca. Algo no encaja con la historia más sencilla.
El estudio publicado en Nature señala que la rotación observada encaja mejor con un punto masivo central que con un cúmulo de estrellas. También deja muy poco margen para una gran población estelar alrededor, lo que refuerza la idea de que el agujero negro pudo formarse antes de que la galaxia creciera de verdad.
Una galaxia casi sin metales
La composición del gas añade otra pista importante. Los mapas del Webb muestran que QSO1 está formado casi por completo por hidrógeno y helio, con muy pocos elementos más pesados como el oxígeno. En astronomía, esos elementos se llaman metales, aunque no todos lo sean en el sentido cotidiano.
Esto importa porque los elementos pesados suelen aparecer después de que las estrellas nacen, viven, explotan y enriquecen el gas de su entorno. Si casi no hay metales, significa que ese sistema apenas había pasado por varias generaciones de estrellas. En buena parte, parece un entorno muy primitivo.
El trabajo complementario publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society calcula una metalicidad extremadamente baja, de alrededor de 0,004 veces la solar en algunas mediciones. Dicho de forma sencilla, hay un agujero negro enorme en un lugar donde todavía faltan muchas huellas químicas de estrellas antiguas. No es poca cosa.
Lo que cambia para la astronomía
Durante décadas, una explicación habitual decía que primero se formaban galaxias con estrellas masivas. Algunas de esas estrellas morían, colapsaban y daban lugar a agujeros negros, que después crecían al tragar gas o fusionarse con otros agujeros negros.
QSO1 obliga a mirar esa historia con más cuidado. Si este agujero negro ya era tan grande cuando el universo era joven, pudo nacer a partir del colapso directo de una nube gigante de gas o quizá a partir de un agujero negro primordial formado poco después del Big Bang. Son posibilidades serias, pero todavía no están confirmadas.
«Se trata de un descubrimiento extraordinario», afirmó Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge. También lo describió como una revisión profunda de los escenarios clásicos sobre cómo se forman y crecen estos objetos. En el fondo, lo que está cambiando es el orden de la pregunta. Tal vez no siempre fue primero la galaxia.
Lo que falta por saber
El hallazgo no cierra el debate. Lo abre. Los investigadores necesitan encontrar más objetos parecidos para saber si QSO1 es una rareza o una pista de algo común en los primeros tiempos del universo.
El propio equipo ya está analizando otros «little red dots» para comprobar si más agujeros negros supermasivos pudieron aparecer antes que sus galaxias. Si se confirma, estos objetos no serían simples pasajeros dentro de las galaxias, sino piezas activas en su nacimiento. El guion cambiaría bastante.
Por ahora, la prudencia es clave. El Webb ha dado una de las medidas más directas y potentes de un agujero negro en el universo temprano, pero harán falta nuevas observaciones para distinguir entre los distintos escenarios de formación.
El estudio principal ha sido publicado en Nature y el trabajo complementario sobre la composición química de QSO1 aparece en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, con nota oficial difundida por la NASA y la ESA.
