Webb es testigo de un festín de agujeros negros supermasivos en el Universo temprano

Investigadores que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA han confirmado un agujero negro supermasivo en crecimiento activo dentro de una galaxia tan solo 570 millones de años después del Big Bang. CANUCS-LRD-z8.6, parte de una clase de galaxias pequeñas y muy distantes que han desconcertado a los astrónomos, representa una pieza clave de este rompecabezas que desafía las teorías existentes sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el universo primitivo. El descubrimiento conecta los agujeros negros primitivos con los cuásares luminosos que observamos hoy.

Esta imagen muestra la ubicación de la galaxia CANUCS-LRD-z8.6 en el cúmulo de galaxias MACS J1149.5+2223, observada por la Cámara de Infrarrojos Cercanos ( NIRCam ) del Webb. CANUCS-LRD-z8.6 forma parte de una clase de galaxias pequeñas, muy distantes y de un rojo intenso, llamadas Pequeños Puntos Rojos (LRD), que se han detectado en número creciente en los estudios del universo temprano del Webb. Se encuentra en la constelación de Leo (el León) y el Webb la observa tan solo 570 millones de años después del Big Bang. Con la ayuda del Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano del Webb ( NIRSpec ), investigadores han confirmado un agujero negro supermasivo en crecimiento activo en CANUCS-LRD-z8.6. El análisis del espectro de la galaxia permitió estimar su masa, revelando su inusual tamaño para una etapa tan temprana del universo, y demostró que CANUCS-LRD-z8.6 es compacta y aún no ha producido muchos elementos pesados ​​(una galaxia en una etapa temprana de su evolución). Esta combinación desafía las teorías existentes sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el universo temprano. [ Descripción de la imagen: El lado izquierdo de esta imagen muestra numerosas galaxias brillantes de diversas formas y colores, incluyendo galaxias espirales y elípticas, sobre un fondo negro. Un pequeño recuadro cerca de la parte superior de la imagen resalta un pequeño grupo de galaxias. Este recuadro se extiende hacia la derecha, mostrando la misma área ampliada para ver sus detalles más de cerca. Esta región muestra una pequeña galaxia circular roja en el centro, identificada como "CANUCS-LRD-z8.6".] Crédito: ESA/Webb, NASA y CSA, G. Rihtaršič (Universidad de Ljubljana, FMF), R. Tripodi (Universidad de Ljubljana, FMF)

Durante sus primeros tres años, los estudios del Universo temprano realizados por el telescopio Webb han revelado un número creciente de objetos pequeños, extremadamente distantes y de un rojo intenso. Estos llamados Pequeños Puntos Rojos (LRD, por sus siglas en inglés) siguen siendo un misterio fascinante para los astrónomos, a pesar de su inesperada abundancia. El descubrimiento en CANUCS-LRD-z8.6, posible gracias a las excepcionales capacidades del telescopio Webb, ha contribuido a esta búsqueda de respuestas. El Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano ( NIRSpec , por sus siglas en inglés ) del telescopio Webb permitió a los investigadores observar la tenue luz de esta galaxia distante y detectar características espectrales clave que apuntan a la presencia de un agujero negro en acreción.

Roberta Tripodi, autora principal del estudio e investigadora de la FMF de la Universidad de Liubliana (Eslovenia) y del INAF (Observatorio Astronómico de Roma) (Italia), explicó: «Este descubrimiento es realmente extraordinario. Hemos observado una galaxia menos de 600 millones de años después del Big Bang, que no solo alberga un agujero negro supermasivo, sino que este crece rápidamente, mucho más rápido de lo que cabría esperar en una galaxia de estas características en esta etapa temprana. Esto desafía nuestra comprensión de la formación de agujeros negros y galaxias en el universo primitivo y abre nuevas vías de investigación sobre cómo se formaron estos objetos».

El equipo analizó el espectro de la galaxia , que mostró gas altamente ionizado por radiación energética, lo que sugirió que giraba rápidamente alrededor de una fuente central. Estas características son clave para un agujero negro supermasivo en acreción. Los datos espectrales precisos permitieron estimar la masa del agujero negro, revelando su inusual tamaño para una etapa tan temprana del universo, y demostraron que CANUCS-LRD-z8.6 es compacta y aún no ha producido muchos elementos pesados, una galaxia en una etapa temprana de su evolución. Esta combinación la convierte en un objeto de estudio fascinante. 

Además, la espectroscopia Webb permitió al equipo medir la cantidad de energía emitida en diferentes longitudes de onda, lo que les permitió caracterizar las propiedades físicas de la galaxia. Esto les permitió determinar la masa de las estrellas de la galaxia y compararla con la del agujero negro. «Los datos que recibimos de Webb fueron absolutamente cruciales», añadió el Dr. Nicholas Martis, colaborador de la Universidad de Liubliana, FMF, quien ayudó a analizar el espectro de la fuente. « Las características espectrales reveladas por Webb proporcionaron indicios claros de un agujero negro en acreción en el centro de la galaxia, algo que no se habría podido observar con tecnología anterior. Lo que hace esto aún más convincente es que el agujero negro de la galaxia es sobremasivo en comparación con su masa estelar. Esto sugiere que los agujeros negros en el universo primitivo podrían haber crecido mucho más rápido que las galaxias que los albergan».

Esta imagen muestra una porción del cúmulo de galaxias MACS J1149.5+2223, visto por la Cámara de Infrarrojos Cercanos del telescopio Webb ( NIRCam ). Gracias a la excelente sensibilidad del telescopio Webb a la luz infrarroja y a las horas de exposición combinadas en esta imagen, las galaxias distantes (colores rojos) emergen de la oscuridad. Otras galaxias brillan intensamente debido a la abundante luz que irradian. Estas observaciones provienen del sondeo CANUCS (n.° 1208 , IP: CJ Willott). El sondeo empleó los instrumentos avanzados del Webb, como NIRCam, NIRISS y NIRSpec , para capturar imágenes detalladas y espectros de cúmulos de galaxias masivos en luz infrarroja. De esta forma, los astrónomos pudieron estudiar las galaxias de baja masa en estos cúmulos tempranos, en sus primeras etapas de evolución. Gracias al funcionamiento de los instrumentos del Webb, para cada cúmulo, el sondeo se centró tanto en el centro del cúmulo, donde se concentran las galaxias más brillantes y grandes, como en un "campo paralelo" de una zona vecina dentro del cúmulo. Esta imagen muestra uno de estos campos paralelos. Los investigadores que estudiaron los datos del sondeo CANUCS descubrieron una galaxia distante, denominada CANUCS-LRD-z8.6, en este campo paralelo. Esta galaxia es extremadamente distante (observada tan solo 570 millones de años después del Big Bang) y la investigación del equipo reveló que alberga un agujero negro supermasivo de un tamaño inusualmente grande para una etapa tan temprana del universo. Este resultado desafía las teorías existentes sobre la formación de galaxias y agujeros negros en el universo temprano. [ Descripción de la imagen: Imagen de numerosas galaxias brillantes en el espacio profundo, de diversas formas y colores, sobre un fondo negro. Hay algunas grandes galaxias espirales azules, algunas galaxias elípticas grandes y de color blanco pálido, y muchas galaxias medianas de color naranja y rojo. Incluso galaxias más pequeñas, con diminutos puntos tenues, aparecen en todos estos colores.] Crédito: ESA/Webb, NASA y CSA, G. Rihtaršič (Universidad de Ljubljana, FMF), R. Tripodi (Universidad de Ljubljana, FMF)

Los astrónomos han observado previamente que la masa de un agujero negro supermasivo y su galaxia anfitriona están vinculadas: cuanto más crece una galaxia, más grande se vuelve también su agujero negro central. CANUCS-LRD-z8.6 es la galaxia anfitriona más masiva conocida en un momento tan temprano; sin embargo, su agujero negro central es incluso más masivo de lo que cabría esperar, lo que contradice la relación habitual. El resultado sugiere que los agujeros negros podrían haberse formado y comenzado a crecer a un ritmo acelerado en el universo temprano, incluso en galaxias relativamente pequeñas.

«Este descubrimiento supone un paso emocionante en la comprensión de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos del universo», explicó la profesora Maruša Bradač, líder del grupo en la Universidad de Liubliana, FMF . «El rápido e inesperado crecimiento del agujero negro en esta galaxia plantea interrogantes sobre los procesos que permitieron la aparición tan temprana de objetos tan masivos. A medida que continuamos analizando los datos, esperamos encontrar más galaxias como CANUCS-LRD-z8.6, que podrían proporcionarnos una comprensión aún mayor del origen de los agujeros negros y las galaxias».

El equipo ya está planeando observaciones adicionales con el Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) y el Webb para profundizar en el estudio del gas y el polvo fríos de la galaxia y refinar su comprensión de las propiedades del agujero negro. La investigación en curso sobre este LRD está lista para responder preguntas cruciales sobre el Universo primitivo, incluyendo cómo coevolucionaron los agujeros negros y las galaxias durante los primeros mil millones de años de historia cósmica.

A medida que los astrónomos continúan explorando el Universo temprano con JWST, se espera que surjan más sorpresas, ofreciendo una imagen cada vez más detallada de cómo crecieron y evolucionaron los primeros agujeros negros supermasivos, preparando el escenario para la formación de los cuásares luminosos que iluminan el Universo hoy.

Los resultados fueron obtenidos por la colaboración CANUCS del programa de observación Webb # 1208 (PI: CJ Willott) y han sido publicados hoy en Nature Communications.

Más información

El Webb es el telescopio más grande y potente jamás lanzado al espacio. En virtud de un acuerdo de colaboración internacional, la ESA proporcionó el servicio de lanzamiento del telescopio, utilizando el vehículo de lanzamiento Ariane 5. En colaboración con sus socios, la ESA fue responsable del desarrollo y la calificación de las adaptaciones del Ariane 5 para la misión Webb, así como de la contratación del servicio de lanzamiento por parte de Arianespace. La ESA también proporcionó el potente espectrógrafo NIRSpec y el 50 % del instrumento de infrarrojo medio MIRI, diseñado y construido por un consorcio de institutos europeos financiados con fondos nacionales (el Consorcio Europeo MIRI), en colaboración con el JPL y la Universidad de Arizona.

Webb es una colaboración internacional entre la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

Crédito de imagen: ESA/Webb, NASA y CSA, G. Rihtaršič (Universidad de Ljubljana, FMF), R. Tripodi (Universidad de Ljubljana, FMF)

Enlace de interés

Artículo científico

Comunicado en el sitio web de la ESA

Contactos

Roberta Tripodi

Universidad de Liubliana FMF, Eslovenia

Correo electrónico: roberta.tripodi@inaf.it

Bethany Downer,

directora de comunicaciones científicas de la ESA/Webb.

Correo electrónico: Bethany.Downer@esawebb.org

Oficina de prensa y relaciones con los medios de la ESA

Correo electrónico: media@esa.int

Publicado en ESAWebb el 19 de noviembre del 2025, enlace publicación.