¿Qué fue primero: los agujeros negros o las galaxias?

Los agujeros negros no sólo existieron en los albores de los tiempos, sino que también dieron origen a nuevas estrellas y formaron galaxias supercargadas, sugiere un nuevo análisis de datos del Telescopio Espacial James Webb.

Estas ideas trastocan las teorías sobre cómo los agujeros negros formaron el universo, desafiando la comprensión clásica de que se formaron después de que aparecieran las primeras estrellas y galaxias. En cambio, los agujeros negros pueden haber acelerado drásticamente el nacimiento de nuevas estrellas durante los primeros 50 millones de años del universo, un período fugaz en los 13.800 millones de años de historia del universo.

“Sabemos que estos agujeros negros gigantes existen en los centros de galaxias cercanas a nuestra Vía Láctea, pero la mayor sorpresa ahora es que también estuvieron presentes en el comienzo del universo y fueron casi como bloques de construcción o semillas de las primeras galaxias. ,» él dijo. El autor principal, Joseph Silk, es profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Johns Hopkins y del Instituto de Astrofísica de la Universidad de la Sorbona de París. «Realmente han impulsado todo, como megáfonos gigantes de formación de estrellas, que es una transformación completa de lo que pensábamos que era posible antes, hasta el punto de que esto podría sacudir por completo nuestra comprensión de cómo se forman las galaxias».

El trabajo fue publicado recientemente en Cartas de revistas astrofísicas.

Las galaxias distantes del universo primitivo, observadas a través del telescopio Webb, parecen más brillantes de lo que los científicos esperaban y revelan cantidades inusualmente grandes de estrellas jóvenes y agujeros negros supermasivos, dijo Silk.

La sabiduría convencional sostiene que los agujeros negros se formaron después del colapso de estrellas masivas y que las galaxias que se formaron después de las primeras estrellas iluminaron el oscuro universo primitivo. Pero el análisis realizado por el equipo de Silk sugiere que los agujeros negros y las galaxias coexistieron e influyeron mutuamente en el destino de los demás durante los primeros 100 millones de años. Si toda la historia del universo fuera un calendario de 12 meses, esos años serían como los primeros días de enero, dijo Silk.

«Sostenemos que el agujero negro fluye hacia afuera desde nubes de gas trituradas, convirtiéndolas en estrellas y acelerando dramáticamente el ritmo de formación estelar», dijo Silk. «De lo contrario, es muy difícil entender de dónde proceden estas galaxias brillantes, porque normalmente eran más pequeñas en el universo primitivo. ¿Por qué en la Tierra las estrellas deberían formarse tan rápidamente?»

Los agujeros negros son regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción. Debido a esta fuerza, generan poderosos campos magnéticos que crean tormentas violentas, arrojan plasma turbulento y, en última instancia, actúan como aceleradores masivos de partículas, dijo Silk. Este proceso es probablemente la razón por la que los detectores de Webb detectaron más agujeros negros y galaxias brillantes de lo que esperaban los científicos, dijo.

«No podemos ver estos vientos violentos o chorros muy lejos, pero sabemos que deben estar allí porque vemos muchos agujeros negros en el universo primitivo», explicó Silk. «Estos vientos masivos provenientes de agujeros negros aplastan las nubes de gas cercanas y las convierten en estrellas. Este es el eslabón perdido que explica por qué estas primeras galaxias eran mucho más brillantes de lo que esperábamos».

El equipo de Silk especula que el universo joven tuvo dos fases. Durante la primera etapa, los flujos de salida a alta velocidad de los agujeros negros aceleraron el proceso de formación de estrellas, y luego, en la segunda etapa, los flujos de salida se ralentizaron. Unos cientos de millones de años después del Big Bang, las nubes de gas colapsaron debido a las tormentas magnéticas del agujero negro supermasivo, y nuevas estrellas nacieron a un ritmo muy superior al observado después de miles de millones de años en las galaxias normales, dijo Silk. Dijo que el proceso de creación de estrellas se desaceleró porque estos poderosos chorros cambiaron a un estado de conservación de energía, reduciendo el gas disponible para la formación de estrellas en las galaxias.

«Pensábamos que inicialmente las galaxias se formaban cuando colapsaba una nube de gas gigante», explicó Silk. «La gran sorpresa es que había una semilla en medio de esa nube, un gran agujero negro, y eso ayudó a transformar rápidamente el interior de esa nube en estrellas a un ritmo mucho mayor de lo que esperábamos. Y así surgieron las primeras galaxias. increíblemente brillante.»

El equipo espera que futuras observaciones de Webb, con recuentos más precisos de estrellas y agujeros negros supermasivos en el universo temprano, ayuden a confirmar sus cálculos. Silk espera que estas observaciones también ayuden a los científicos a reunir más evidencia sobre la evolución del universo.

«La gran pregunta es: ¿cuáles fueron nuestros comienzos? El Sol es una estrella entre 100 mil millones de estrellas en la Vía Láctea, y también hay un enorme agujero negro en el medio. ¿Cuál es la relación entre los dos?» Él dijo. «Dentro de un año tendremos datos mucho mejores y muchas de nuestras preguntas empezarán a obtener respuestas».

Los autores incluyen a Colin Norman y Rosemary F. G. Wise de la Universidad Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman de la Universidad de Colorado y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; Uday Naseer del Instituto de Tecnología de Israel.