Un agujero negro en la infancia del universo crece más allá de lo esperado: descubrimiento revela tasa de crecimiento “sobrelímite”

THE LATIN VOX (18 de septiembre de 2025).- Por Daniela Medina.  

Un equipo internacional de astrónomos, usando observaciones del observatorio X-rayo Chandra de la NASA, ha identificado un agujero negro supermasivo que está acumulando masa más rápido que lo que las teorías tradicionales permiten: está creciendo por encima del llamado Límite de Eddington. Este objeto, parte de un quásar llamado RACS J0320-35, se halla a una distancia de aproximadamente 12.8 mil millones de años luz de la Tierra lo que significa que lo vemos cuando el universo apenas tenía unos 920 millones de años, y posee ya una masa estimada de mil millones de veces la del Sol.

Este descubrimiento plantea preguntas cruciales: ¿cómo pueden formarse agujeros negros supermasivos tan pronto tras el Big Bang? ¿Necesitamos repensar los modelos de crecimiento de agujeros negros? El hallazgo también podría proporcionar pistas sobre los primeros capítulos en la historia del universo, cuando materia, radiación y gravedad formaban estructuras emergentes.

Qué se ha observado y cómo se midió

Ubicación temporal y espacial

• El quásar RACS J0320-35 está tan lejos que el tiempo de viaje de la luz hasta nosotros indica que lo estamos observando como era hace unos 920 millones de años después del Big Bang. Esto lo convierte en un objeto muy temprano en la vida del universo.
• Su masa es de aproximadamente 1.000 millones de masas solares (mil millones de veces la masa de nuestro Sol).

Tasa de crecimiento: superar el Límite de Eddington

• El Límite de Eddington es un umbral teórico para los agujeros negros, que describe la velocidad máxima a la que pueden absorber materia antes de que la presión de la radiación (producida por esa materia al caer) impida que más materia sea atraída. En condiciones normales, esta presión de radiación “empuja” la materia hacia afuera cuando se acerca demasiado al agujero negro, contrarrestando la gravedad.
• En este caso, los datos indican que RACS J0320-35 está creciendo a una tasa estimada de 2,4 veces el Límite de Eddington. Es decir, mucho más rápido de lo que se consideraba posible para lapsos prolongados.
• Los astrónomos calculan que el agujero negro está acumulando masa al ritmo de entre 300 y 3.000 masas solares al año, un ritmo extremadamente alto que sugiere un periodo sostenido de crecimiento acelerado.

Métodos y datos usados

• Las señales en rayos X recogidas por Chandra fueron clave para estimar la tasa de crecimiento, ya que el espectro en Xcómo varía la intensidad de los rayos X emitidos por diferentes energías coincide con los modelos teóricos de agujeros negros alimentándose más rápido del límite clásico.
• Complementariamente se usaron observaciones ópticas e infrarrojas para confirmar distancia, luminosidad, y propiedades del quásar, lo que permite estimar cuánto del brillo se produce por la materia que cae al agujero negro vs cuánto por estrellas y gas circundante.

Implicaciones científicas: ¿qué significa este hallazgo?

Sobre la formación temprana de agujeros negros

• Este descubrimiento desafía la idea de que los agujeros negros súper densos deben necesariamente “nacer grandes” para volverse supermasivos en tan poco tiempo. Tradicionalmente se pensaba que para alcanzar mil millones de masas solares tan temprano en el universo, se necesitaba que el agujero negro empezara con una masa ya enorme (o que se alimentara extremadamente rápido, pero limitándose al Límite de Eddington).
• La existencia de un agujero negro creciendo por encima del Límite de Eddington sugiere que podría haber mecanismos aún desconocidos o poco comprendidos que permitan transfusiones de materia más eficientes, o episodios de alimentación muy intensos; quizá también que los agujeros negros “semilla” (los que nacen de estrellas enormes, o incluso de colapsos directos de gas primordial) sean más grandes de lo que se pensaba, o que haya condiciones particulares en el entorno circundante que favorecen una alimentación muy abundante.

Sobre los quásares y jets de partículas

• Este quásar, RACS J0320-35, no solo brilla intensamente sino que produce jets de partículas, columnas de materia relativista que salen despedidas casi a la velocidad de la luz. Que estos jets existan en objetos que están creciendo tan rápidamente aporta pistas de que la rápida acumulación de materia podría estar relacionada con la producción de jets, algo que todavía no se comprende del todo.
• Además, al emitir cantidades enormes de rayos X, este objeto se convierte en uno de los más luminosos en la era temprana del universo, lo que facilita que los telescopios modernos lo detecten aunque esté tan lejos. Esa visibilidad es clave para construir modelos cosmológicos que expliquen cómo crecieron galaxias y agujeros negros tempranos.

Cómo ayuda al entendimiento del universo

• Permite “retroceder en el tiempo” para entender cuán eficientes fueron los procesos de acumulación de materia en los primeros mil millones de años. Si los agujeros negros crecían más rápido de lo pensado, la distribución de masa, radiación y materia oscura en el universo temprano puede necesitar ser revisada.
• Impulsa la ciencia de la astrofísica y cosmología, porque estos objetos extremos operan como laboratorios naturales de física bajo condiciones que no se pueden replicar en la Tierra: gravedad extrema, plasma supercaliente, intensas emisiones de rayos X.

Desafíos, preguntas abiertas y lo que no se sabe aún

• Se desconoce cuán constante ha sido la tasa de crecimiento de 2.4 veces el Límite de Eddington: ¿ha sido sostenida durante mucho tiempo? ¿O es un episodio breve pero muy intenso? Esto es crítico para calcular cuánto masaje acumulado pudo tener este agujero negro a períodos tempranos.
• ¿Cómo lograba “ingerir” tanta materia? Debe haber una gran reserva de gas y polvo, baja turbulencia, mecanismos eficientes de alimentación. ¿Qué papel jugaron la metalicidad (cantidad de elementos pesados), la presencia de galaxias vecinas, fusiones galácticas o colapsos directos de gas primordial?
• El efecto de la radiación: crecer por encima del Límite de Eddington implica enfrentar constantemente la presión de radiación que tiende a expulsar materia. ¿Qué mecanismo permite que la materia no sea expulsada? ¿Cómo se regula ese desequilibrio?
• También está la cuestión de cuántos objetos similares existen y cuántos no se detectan porque están oscurecidos por polvo, gas, o simplemente porque su luz es demasiado tenue para observaciones actuales.

Futuro próximo: hacia dónde apuntan los astrónomos

• Continuar observaciones multi-longitud de onda: más rayos X, más óptico, más infrarrojo con telescopios como Webb, telescopios terrestres grandes, para detectar otros quásares similares, medir sus propiedades y ver si este caso es excepcional o representativo.
• Modelos teóricos revisados: incorporar crecimiento sobre el Límite de Eddington, ajustes en los escenarios de semilla de agujeros negros, simulaciones de acumulación de materia en condiciones extremas del universo muy joven.
• Buscar indicios adicionales de jets, su estructura, composición y cómo se relacionan con el agujero negro central y la materia que lo rodea.
• Explorar si hay correlatos observables en radiación de otras energías (rayos gamma, radio) que confirmen comportamientos fuera de lo esperado por modelos clásicos.

Reflexión final

El hallazgo de RACS J0320-35 es una ventana al pasado profundo del universo que desafía varias suposiciones muy arraigadas en astrofísica: sobre cuán pronto pueden crecer los agujeros negros, cuánta materia estuvo disponible, cuán eficientes fueron los procesos de acumulación.

Ver un agujero negro supermasivo acumulando masa por encima del límite teórico, mientras el universo todavía era joven, no solo enriquece nuestro conocimiento, sino que también nos obliga a cuestionar modelos existentes, a refinar cálculos, a repensar escenarios y, tal vez, a imaginar condiciones especiales que solo algunos rincones del universo primitivo ofrecían para que lo extraordinario ocurriera.

Este tipo de descubrimientos muestra que aún queda mucho por aprender del cosmos temprano: cómo la materia, la energía, la gravedad y el medio ambiente cósmico interactuaban para producir estructuras gigantescas en plazos sorprendentemente breves.

Fuente: www.nasa.gov

Foto:www.nasa.gov