Mirar suficientemente lejos en el universo equivale a mirar hacia atrás en el tiempo. La luz procedente de galaxias extremadamente remotas puede tardar más de 12.000 millones de años en alcanzarnos, de modo que los telescopios no las observan como son hoy, sino como eran cuando el cosmos todavía estaba en plena juventud.
Eso es precisamente lo que ocurre con J0148-4214, una galaxia estudiada por un equipo internacional mediante el telescopio espacial James Webb. Su luz corresponde a una época situada apenas 1.150 millones de años después del Big Bang, pero en aquel universo extremadamente joven ya funcionaba una maquinaria capaz de alimentar varios agujeros negros masivos al mismo tiempo.
El hallazgo resulta especialmente interesante porque estos objetos necesitan tiempo para crecer. Pueden aumentar su masa absorbiendo gas y polvo o fusionándose con otros agujeros negros, por lo que encontrar varios tan pronto en la historia del universo obliga a preguntarse cómo consiguieron desarrollarse a semejante velocidad.
James Webb encontró tres motores dentro de una misma galaxia
Los agujeros negros no pueden observarse directamente porque desde el interior de su horizonte de sucesos no escapa ninguna luz. Sin embargo, la materia que cae hacia ellos puede calentarse enormemente antes de desaparecer y emitir una intensa radiación que delata su presencia.
Los investigadores utilizaron NIRSpec, el espectrógrafo de infrarrojo cercano del James Webb, para separar la luz de J0148-4214 según sus diferentes longitudes de onda. Una de las señales más importantes apareció en la emisión de hidrógeno alfa, cuya forma permite estudiar gas que se mueve a velocidades enormes alrededor de agujeros negros activos.
El análisis reveló tres regiones independientes con emisiones compatibles con agujeros negros en acreción. Dos están concentradas cerca del centro de la galaxia y separadas por aproximadamente 190 pársecs, unos 620 años luz, mientras que el tercer objeto se encuentra a unos 5.500 años luz del más masivo.
En escalas humanas las distancias parecen enormes, pero dentro de una galaxia constituyen un sistema extraordinariamente compacto.
Uno de ellos tendría unos 80 millones de masas solares
Las estimaciones apuntan además a que los tres objetos son muy diferentes. El mayor tendría alrededor de 80 millones de veces la masa del Sol, mientras que los otros dos rondarían las 630.000 y los dos millones de masas solares.
Los propios investigadores advierten que estas cifras presentan incertidumbres importantes, ya que los métodos utilizados para calcular masas fueron calibrados principalmente con objetos mucho más cercanos. Por esa razón resulta más prudente hablar de tres agujeros negros masivos activos y no asumir que todos ellos pertenecen inequívocamente a la categoría de supermasivos.
Antes de aceptar esta interpretación, el equipo también tuvo que descartar otras explicaciones capaces de producir emisiones similares, como supernovas, grandes corrientes de gas, choques o estrellas extremadamente masivas. La combinación de sus posiciones y características espectrales terminó favoreciendo la hipótesis de tres núcleos activos diferentes.
Dos podrían terminar fusionándose
La proximidad de los dos agujeros negros centrales sugiere que podrían encontrarse ya en un proceso de acercamiento. Mediante la llamada fricción dinámica, las interacciones gravitatorias con estrellas, gas y materia oscura pueden hacer que pierdan progresivamente energía orbital y se desplacen hacia el centro de la galaxia.
Un cálculo simplificado estima que el menor podría tardar unos 660 millones de años en acercarse considerablemente al dominante, aunque eso no significa que vaya a fusionarse exactamente entonces. En etapas posteriores, las ondas gravitacionales podrían terminar impulsando la unión definitiva.
El tercer agujero negro introduce todavía más incertidumbre: podría acabar cayendo también hacia el centro, ser expulsado por interacciones gravitatorias o participar en futuros encuentros entre los otros dos.
El universo joven pudo ser mucho más caótico
El descubrimiento de J0148-4214 aporta una pista sobre uno de los grandes problemas de la cosmología moderna: cómo aparecieron agujeros negros tan grandes tan pronto.
La acreción de materia continúa siendo una de las principales explicaciones, pero encontrar sistemas múltiples en épocas tan tempranas refuerza la posibilidad de que las fusiones entre agujeros negros también desempeñaran un papel importante en su crecimiento.
J0148-4214 no resuelve definitivamente el misterio, pero muestra que cuando el universo tenía apenas una fracción de su edad actual ya existían galaxias donde varios agujeros negros crecían y posiblemente se acercaban entre sí.
Mucho antes de que el cosmos adoptara el aspecto relativamente ordenado que conocemos hoy, las primeras galaxias ya podían ser escenarios extremadamente violentos, con agujeros negros alimentándose, acercándose y preparando futuras fusiones.
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