El telescopio espacial James Webb permitió identificar una galaxia ubicada a más de 12.500 millones de años luz que alberga tres agujeros negros supermasivos activos. Dos de ellos se encuentran a una distancia lo suficientemente reducida como para estar interactuando gravitacionalmente y podrían terminar fusionándose en el futuro. El hallazgo fue publicado en la revista Astronomy & Astrophysics y ofrece nuevas pistas sobre cómo estos objetos alcanzaron grandes masas durante las primeras etapas del universo.

La galaxia, denominada J0148-4214, es observada tal como era aproximadamente mil millones de años después del Big Bang debido al tiempo que necesitó su luz para llegar hasta la Tierra. Según los investigadores, es la primera evidencia conocida de una galaxia tan joven con tres agujeros negros supermasivos activos. En el universo más cercano ya se habían identificado sistemas con dos o tres de estos objetos, pero no a una distancia comparable.

Hannah Übler, investigadora del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y autora principal del trabajo, explicó que prácticamente todas las galaxias masivas estudiadas contienen un agujero negro en su región central. La observación permite ahora estudiar directamente cómo algunos de ellos crecían e interactuaban cuando el universo todavía era relativamente joven. «Siempre se ha supuesto que estos agujeros negros comenzaron a crecer en el universo primitivo. Ahora los estamos viendo en acción», señaló.

Cómo el James Webb permitió identificar los tres objetos

La capacidad del James Webb para observar radiación infrarroja procedente de regiones muy distantes resultó determinante para el descubrimiento. Su predecesor, el telescopio espacial Hubble, no cuenta con la misma sensibilidad ni con suficiente resolución espectroscópica para distinguir con claridad una estructura de estas características a semejante distancia.

Los investigadores utilizaron el espectrógrafo de infrarrojo cercano del Webb para separar diferentes longitudes de onda procedentes de la galaxia. El instrumento detectó líneas amplias de hidrógeno desplazándose a miles de kilómetros por segundo. Ese comportamiento del gas constituye una de las señales utilizadas para identificar agujeros negros supermasivos que están acumulando materia.

El equipo consiguió posteriormente estimar las posiciones relativas de los tres objetos. Dos aparecen suficientemente próximos como para que sus campos gravitacionales estén interactuando y conduzcan eventualmente a una fusión. Los cálculos de Übler estiman que ese proceso podría completarse dentro de unos 700 millones de años, una escala extensa en términos humanos pero relativamente breve dentro de la evolución cósmica.

La situación del tercer agujero negro todavía resulta menos clara. Julie Comerford, profesora de astrofísica de la Universidad de Colorado en Boulder y ajena al estudio, señaló que podría acabar integrándose al sistema o haber adquirido su posición actual como consecuencia de una interacción anterior. Serán necesarias nuevas observaciones para reconstruir con mayor precisión la historia de la galaxia.

Agujeros negros enormes en un universo todavía joven

Una de las grandes preguntas de la astrofísica es cómo los agujeros negros supermasivos consiguieron crecer tan rápidamente durante los primeros cientos de millones de años del universo. Los agujeros negros originados por el colapso de estrellas pueden superar varias veces la masa del Sol, pero son considerablemente menores que los objetos situados en los centros de grandes galaxias.

Los tres identificados en J0148-4214 muestran diferencias importantes de tamaño. El más pequeño posee una masa estimada equivalente a unos 600.000 soles, mientras que el mayor alcanzaría aproximadamente 80 millones de masas solares. El James Webb está detectando además más agujeros negros masivos en el universo temprano de los que algunos modelos habían anticipado.

Giovanni Mazzolari, investigador posdoctoral del Instituto Max Planck y coautor del estudio, explicó que existen varias hipótesis para entender ese crecimiento acelerado. Una posibilidad es que algunos agujeros negros hayan nacido con masas inicialmente mayores; otra plantea que pudieron consumir gas y otros materiales a ritmos particularmente elevados. Las fusiones entre agujeros negros constituyen un tercer mecanismo capaz de aumentar rápidamente su tamaño.

La presencia de dos objetos supermasivos en interacción dentro de una galaxia tan antigua aporta evidencia adicional para explorar esta última posibilidad. Si sistemas similares fueron frecuentes durante las primeras etapas cósmicas, las fusiones podrían haber contribuido de manera importante al crecimiento de los agujeros negros que posteriormente ocuparon el centro de las grandes galaxias.