Detectaron un fenómeno inesperado en el crecimiento de agujeros negros supermasivos: investigan su origen

Un estudio internacional dirigido por Zhibo Yu, de la Universidad Estatal de Pensilvania, ha conseguido descifrar por qué los agujeros negros supermasivos han comenzado a frenar su crecimiento en la actualidad, en contraste con la velocidad que registraron en el pasado remoto.

Utilizando el Observatorio de Rayos X Chandra, junto con otros telescopios especializados, los investigadores establecieron que estos objetos ya no logran incorporar materia y expandirse con la rapidez que exhibieron durante el denominado “mediodía cósmico”.

Esta ralentización, detallada en The Astrophysical Journal, ha sido atribuida a la drástica disminución del gas frío disponible, que constituye el combustible esencial para su expansión.

Hace aproximadamente diez mil millones de años, durante el periodo conocido como mediodía cósmico, los agujeros negros supermasivos —con masas entre millones y miles de millones de veces la del Sol— experimentaron su máximo auge evolutivo en todo el universo. La investigación publicada por el equipo de Yu estableció, a partir del análisis de datos que abarcan la historia cósmica, que tras esa fase el universo evidenció una desaceleración sostenida en el crecimiento de estos cuerpos.

El estudio especifica que los resultados obtenidos a partir de observaciones de rayos X son clave para comprender la diferencia entre las fases de rápido crecimiento cósmico y el estancamiento actual.

El trabajo basado en rayos X incluyó el análisis de aproximadamente 1,3 millones de galaxias y de 8.000 agujeros negros supermasivos en fase de crecimiento, utilizando los telescopios Chandra, XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y eROSITA, la misión conjunta germano-rusa.

Según expuso Niel Brandt, profesor en la Universidad Estatal de Pensilvania y coautor del artículo, “el consumo de material por parte de los agujeros negros se ha ralentizado considerablemente a medida que el universo ha envejecido”. Brandt precisó que la causa principal es la progresiva escasez de gas frío, obligado para que estos objetos puedan alimentarse y seguir expandiéndose.

Mediante la superposición de información de cada telescopio, el equipo construyó una visión detallada de la evolución de los agujeros negros a escala universal. XMM-Newton y eROSITA aportaron datos de observaciones de gran cobertura pero menor profundidad (sensibles a objetos más cercanos y brillantes), mientras que Chandra se focalizó en áreas pequeñas para captar objetos mucho más débiles y distantes, facilitando así la identificación de agujeros negros en diferentes etapas de crecimiento.

Fan Zou, investigador de la Universidad de Michigan, subrayó: “Al combinar estos datos de diferentes telescopios de rayos X, podemos obtener una imagen más precisa de cómo crecen estos agujeros negros que la que podría ofrecer un solo telescopio. Podemos descubrir por qué, a lo largo de diez mil millones de años, el crecimiento de los agujeros negros supermasivos ha pasado de ser frenético a lento y, finalmente, extremadamente lento”.

En el núcleo de la investigación se encuentra la respuesta precisa a la pregunta: ¿qué ocurrió, quiénes lo analizaron y cuál es el significado central?

El estudio verificó que la desaceleración en el crecimiento de los agujeros negros no se debe ni a una reducción significativa del número de estos objetos activos, ni a una variación en sus masas típicas, sino a una menor disponibilidad de gas frío a escala cósmica en la actualidad en comparación con la época del mediodía cósmico. Estos hallazgos fueron obtenidos a partir del examen sistemático de la masa y el brillo de los propios agujeros negros, así como del recuento total de galaxias donde pudo verificarse la presencia de fuentes de rayos X, indicativo de actividad de crecimiento.

En total, el análisis incluyó un conjunto de observaciones multitemporales, desde estudios superficiales sobre áreas amplias del cielo hasta investigaciones focalizadas y profundas en regiones mucho más pequeñas. El diseño resultante se asemeja, en palabras de los autores, a un pastel de bodas ensamblado por capas sucesivas, donde cada telescopio aporta información a un nivel determinado.

La metodología también permitió a los científicos probar los principales escenarios existentes para explicar la ralentización: primero, si la eficiencia de consumo de materia por parte de los agujeros negros ha disminuido; segundo, si las masas promedio de estos objetos han variado con el tiempo; y tercero, si el número absoluto de agujeros negros en proceso de crecimiento se ha modificado. El equipo concluyó que el crecimiento más lento está vinculado de manera directa al ritmo decreciente con que los agujeros negros incorporan nuevo material, una tendencia que comenzó después del Big Bang y que, según pronostican los autores, persistirá en el futuro.

El desafío técnico más relevante del estudio fue la distinción entre los agujeros negros más masivos y los que crecen con mayor velocidad, ya que ambos emiten niveles altos de rayos X. Para superar este obstáculo, los investigadores recurrieron a observaciones en otras longitudes de onda: datos ópticos e infrarrojos fueron empleados para estimar las masas de los agujeros negros y diferenciar la tasa de crecimiento de cada objeto detectado.