Revelan cómo agujeros negros supermasivos crecieron rápidamente tras el Big Bang

La rápida formación de los agujeros negros supermasivos ha intrigado a la comunidad científica durante décadas. Especialmente, han surgido inquietudes sobre los mecanismos que permitieron su crecimiento en etapas muy tempranas del universo.

Un equipo de la Universidad de Maynooth (MU) en Irlanda ha presentado una respuesta innovadora a este enigma, según una investigación publicada en Nature Astronomy.

A partir de simulaciones informáticas avanzadas, los especialistas demostraron que las condiciones extremadamente caóticas del universo primitivo facilitaron un proceso de crecimiento acelerado que permitió a los primeros agujeros negros, originalmente mucho más pequeños, transformarse en auténticos gigantes en muy poco tiempo. Este resultado redefine la comprensión de la evolución cósmica y abre nuevas perspectivas para la observación directa de este fenómeno en futuras misiones espaciales.

El trabajo, dirigido por Daxal Mehta, candidato a doctorado en el Departamento de Física de la Universidad de Maynooth, reveló que los agujeros negros surgidos solo unos cientos de millones de años después del Big Bang lograron crecer a ritmos sorprendentes, en buena parte debido a breves episodios de “superacreción de Eddington”.

Se trata de una fase en la que el agujero negro consume materia a una velocidad superior a la teóricamente permitida, un fenómeno que, aunque debería dispersar el material circundante mediante emisión de luz, consigue alimentar de manera sostenida al núcleo central. Mehta dijo: “Descubrimos que las condiciones caóticas que existían en el universo primitivo provocaron que los primeros agujeros negros, más pequeños, crecieran hasta convertirse en los agujeros negros supermasivos que vemos más tarde, tras un frenesí de alimentación que devoró material a su alrededor”.

Este escenario explica la presencia observada de agujeros negros supermasivos en el universo temprano, tema revelado recientemente por el Telescopio Espacial James Webb. El Dr. Lewis Prole, investigador postdoctoral en la Universidad de Michigan, destacó que el estudio ofrece una solución largamente buscada: “Así es como los agujeros negros surgidos en el universo primitivo, observados por el Telescopio Espacial James Webb, lograron alcanzar tamaños tan supermasivos con tanta rapidez”.

La simulación digital a cargo del equipo mostró cómo las condiciones de elevada densidad y riqueza en gas de las primeras galaxias permitieron estallidos breves pero intensos de acreción, en los que los agujeros negros podían multiplicar su masa hasta decenas de miles de veces la masa del Sol en intervalos sorprendentemente breves.

Esta capacidad sugiere que los llamados “agujeros negros de semilla ligera”, nacidos a partir del colapso de estrellas y de solo decenas o cientos de masas solares, podrían transformarse en supermasivos sin necesidad de hipótesis más exóticas. El Dr. John Regan, del Departamento de Física de la Universidad de Michigan y cabeza del grupo, subrayó esta novedad: “Las semillas pesadas son algo más exóticas y podrían requerir condiciones inusuales para formarse. Nuestras simulaciones muestran que los agujeros negros comunes de masa estelar pueden crecer a ritmos extremos en el universo primitivo”.

Hasta este punto, la mayoría de las teorías apuntaban a la necesidad de semillas pesadas, es decir, agujeros negros que nacen ya con una masa de hasta 100 mil veces la masa del Sol, para justificar la existencia de los supermasivos observados en los núcleos de prácticamente todas las galaxias grandes.

Sin embargo, las simulaciones respaldadas por la Universidad de Maynooth cuestionan la obligatoriedad de este modelo. Los agujeros negros con masa estelar, mucho más habituales y menos dependientes de situaciones físicas excepcionales, se revelan capaces de un crecimiento acelerado si el entorno corresponde al de las primeras galaxias formadas tras el Big Bang.

El impacto de estos hallazgos, además de aclarar un eslabón perdido en la evolución cósmica, influirá en la preparación y la interpretación de futuras observaciones. El Dr. Regan anticipó la relevancia de estos resultados en el contexto de la misión LISA (Antena Espacial de Interferometría Láser), un emprendimiento conjunto de la Agencia Espacial Europea y la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para 2035. Según el investigador, “es posible que futuras observaciones de ondas gravitacionales realizadas en esa misión permitan detectar la fusión de estos diminutos agujeros negros en sus inicios y de rápido crecimiento”.

Además, el estudio resalta lo imprevisible y complejo del universo temprano, un entorno más caótico y turbulento de lo que se esperaba, habitado por una población de agujeros negros masivos probablemente mucho mayor que lo estimado hasta ahora, según el Dr. Regan a la Universidad de Maynooth.

Los autores confirman que sus resultados, logrados mediante simulaciones de alta resolución, no solo replantean el crecimiento de los agujeros negros en las primeras etapas cósmicas, sino que apuntan a una abundancia insospechada de estos objetos, capaces de transformarse en auténticos monstruos gravitacionales en tiempos sorprendentemente cortos.