Millones de agujeros negros en el universo primitivo

Las observaciones conjuntas de Hubble y Chandra confirman lo que sospechábamos: millones de agujeros negros existían en el universo observable sólo 800 millones de años después del nacimiento del universo. Sin embargo, no fueron ellos, sino las estrellas, las que reionizaron el cosmos.

Sabíamos que la masa de los agujeros negros masivos y supermasivos en el corazón de las galaxias es proporcional al tamaño de las galaxias que habitan. Señalando al mismo tiempo una estrecha relación entre la formación y crecimiento de las galaxias con los del agujero negro, esta relación no se había observado en las galaxias más distantes. Sin embargo, ignoramos si esta aparente simbiosis se estableció a principios de la historia del universo observable.

El Chandra Deep Field South con las imágenes del Hubble en visible y en el infrarrojo. Los círculos muestran la ubicación más antigua de los agujeros negros supermasivos conocidos hoy en día

El Chandra Deep Field South con las imágenes del Hubble en visible y en el infrarrojo. Los círculos muestran la ubicación más antigua de los agujeros negros supermasivos conocidos hoy en día. © Rayos-X: NASA / CXC / U. Hawai / Treister E. et al, Infrarrojos: NASA / STScI / UC Santa Cruz / G. Illingworth et al, óptica: NASA / STScI / S. Beckwith et al.

Parece que este es el caso, si hemos de creernos lo que dice un artículo publicado en la revista Nature sobre la observación de 200 galaxias con la ayuda de los instrumentos de los telescopios Hubble y Chandra. Estas galaxias han sido observadas en sus campos ópticos, infrarrojos y rayos-X, mientras que el universo observable no era mayor de 800 a 950 millones de años a lo sumo. Recordemos que a partir de las mediciones de WMap, creemos que nuestro universo tendría una antigüedad de más de trece mil setecientos millones años.

Esto no excluye que en realidad, el universo, pueda ser mucho más antiguo que esto si creemos la línea teórica de la cosmología cíclica defendida por Roger Penrose, o los modelos con un tiempo antes del Big Bang, por ejemplo, en el marco de gravitación cuántica de bucles.

¿Los agujeros negros más antiguos del universo?

Después de seis semanas de paciente recogida de datos con la Chandra Deep Field South (CDFS), los astrónomos por fin han tenido signos de la presencia en muchas de estas galaxias de un enorme agujero negro.

Aunque alrededor de mil veces menos masivo que un agujero negro en el origen de los cuásares, las observaciones muestran que estos agujeros negros crecieron particularmente rápido. También permiten extrapolar el número de agujeros negros en las galaxias, mil millones de años después del Big Bang.

El 30% de las galaxias observadas contienen un agujero negro masivo, debe inferirse que hay por lo menos 30 millones en el universo observable. Esto es diez mil veces más que el número de cuásares que se espera existan al mismo tiempo, y cien veces el número de agujeros negros gigantes en el centro de las galaxias existentes en ese momento, según un cálculo reciente.

Una visión artística de una joven galaxia (baby galaxy) muy irregular debido a las frecuentes interacciones y fusiones entre galaxias unos mil millones de años después del Big Bang. El zoom muestra el centro de la galaxia ocupado por un enorme agujero negro, en el fondo de una espesa nube de gas y polvo

Una visión artística de una joven galaxia (baby galaxy) muy irregular debido a las frecuentes interacciones y fusiones entre galaxias unos mil millones de años después del Big Bang. El zoom muestra el centro de la galaxia ocupado por un enorme agujero negro, en el fondo de una espesa nube de gas y polvo. © NASA / CXC / M. Weiss

¿Una explicación para la re-ionización del universo?

Esta población de agujeros negros es la más antigua encontrado hasta ahora. Como ha sido necesario utilizar rayos X para deducir su presencia, esto significa que están rodeados de espesas nubes de polvo ricas en gas que bloquean rayos ultravioleta. Una información importante para encontrar una explicación para la re-ionización del universo observable.

El agujero negro emite en el espectro óptico y ultravioleta, pero su corola de gas y polvo sólo es detectada con rayos X. El artista también representó a la derecha del disco de acreción del agujero negro y sus chorros de materia

El agujero negro emite en el espectro óptico y ultravioleta, pero su corola de gas y polvo sólo es detectada con rayos X. El artista también representó a la derecha del disco de acreción del agujero negro y sus chorros de materia. © NASA / CXC / M. Weiss

Aproximadamente 380.000 años después del Big Bang, la materia bariónica en el universo estaba formada por átomos de hidrógeno neutro y helio, mientras que hoy, una parte significativa de estos átomos están ionizados. Para que este tipo de re-ionización se produjera, se tomaron al menos una radiación de energía en la banda ultravioleta.

De izquierda a derecha desde el Big Bang hasta el final de la reionización, vemos que las primeras estrellas (first stars) crean burbujas de hidrógeno ionizado que se encuentran con el hidrógeno neutro intergaláctico de ese momento

De izquierda a derecha desde el Big Bang hasta el final de la reionización, vemos que las primeras estrellas (first stars) crean burbujas de hidrógeno ionizado que se encuentran con el hidrógeno neutro intergaláctico de ese momento. © NASA / CXC / M. Weiss

Las primeras estrellas fueron propuestas como fuentes de radiación ionizante, pero no se ha podido descartar si en realidad las primeras fuentes de radiación ionizante fueron agujeros negros masivos en formación. Esta hipótesis parece menos probable hoy en día con las observaciones del Chandra.

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