Los agujeros negros masivos frenan la formación de estrellas en el universo

Un nuevo estudio liderado por Yongda Zhu de la Universidad de Arizona reveló que los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de muchas galaxias, no solo moldean su entorno inmediato, sino que también pueden influir en la formación de estrellas en galaxias ubicadas a millones de años luz de distancia. Esta investigación sugiere que la evolución de las galaxias puede ser un esfuerzo colectivo, en lugar de un proceso aislado.

Según Zhu, "tradicionalmente, se pensaba que debido a la gran distancia entre las galaxias, estas evolucionaban en gran medida de forma independiente. Sin embargo, descubrimos que un agujero negro supermasivo muy activo en una galaxia puede afectar a otras galaxias a millones de años luz, lo que sugiere que la evolución de las galaxias puede ser más un esfuerzo grupal".

El concepto de un "ecosistema galáctico" se asemeja a los ecosistemas interconectados en la Tierra. Zhu comparó a un agujero negro supermasivo activo con un depredador hambriento que domina su ecosistema: "En términos simples, absorbe materia y afecta cómo crecen las estrellas en galaxias cercanas".

Los agujeros negros han fascinado a científicos y al público desde su propuesta inicial a principios del siglo XX. Los agujeros negros supermasivos, que pueden contener millones o incluso miles de millones de veces la masa del sol, se vuelven extremadamente brillantes cuando consumen material circundante. Durante esta fase activa, conocida como cuásar, el gas y el polvo forman un disco giratorio alrededor del agujero negro, liberando enormes cantidades de energía.

Los primeros datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) revelaron algo inesperado: se observó que las regiones alrededor de algunos de los cuásares más brillantes en el universo temprano parecían contener menos galaxias de lo esperado. Esto generó preguntas sobre la formación de galaxias en densos cúmulos.

Zhu explicó: "Estábamos desconcertados. ¿Estaba roto el costoso JWST? Luego nos dimos cuenta de que las galaxias podrían estar ahí, pero difíciles de detectar porque su formación estelar reciente estaba suprimida". Esta nueva perspectiva llevó a los investigadores a considerar que la intensa radiación de los cuásares podría estar limitando la formación de estrellas no solo en sus propias galaxias, sino también en galaxias cercanas.

Para explorar esta idea, el equipo de investigación se centró en uno de los cuásares más brillantes conocidos, J0100+2802, impulsado por un agujero negro supermasivo con una masa aproximadamente 12 mil millones de veces la del sol. La luz de este cuásar ha viajado durante más de 13 mil millones de años, proporcionando una visión del universo cuando tenía menos de mil millones de años.

Utilizando el JWST, el equipo midió las emisiones de O III, una forma ionizada de oxígeno que indica formación estelar reciente. Se encontró que las galaxias dentro de aproximadamente un millón de años luz del cuásar mostraban emisiones de O III más débiles en comparación con su luz ultravioleta, lo que indica que la formación estelar había sido suprimida recientemente en esas galaxias.

Los agujeros negros son conocidos por "comer" mucho material, pero durante el proceso de alimentación activa y en su forma luminosa de cuásar, también emiten radiación muy intensa. Zhu señaló que "el intenso calor y la radiación dividen el hidrógeno molecular que compone vastas nubes de gas interestelar, apagando su potencial para acumularse y convertirse en nuevas estrellas".

Los científicos ya sabían que los cuásares pueden destruir este gas dentro de sus propias galaxias, deteniendo así la formación estelar local. Sin embargo, lo que permanecía incierto era si este efecto se extendía más allá de una sola galaxia. Al observar un cuásar del universo temprano, los investigadores encontraron evidencia sólida de que esta influencia se extiende mucho más lejos de lo que se pensaba anteriormente.

Por primera vez, se tiene evidencia de que esta radiación impacta en el universo a una escala intergaláctica. Zhu afirmó: "Los cuásares no solo suprimen estrellas en sus galaxias anfitrionas, sino también en galaxias cercanas dentro de un radio de al menos un millón de años luz".

La importancia del JWST en este descubrimiento fue crucial. La luz de objetos extremadamente distantes como J0100+2802 se ha estirado hacia longitudes de onda infrarrojas debido a la expansión del universo, y telescopios anteriores no podían detectar claramente esta tenue luz infrarroja. La avanzada sensibilidad del JWST permite a los astrónomos observar estos eventos cósmicos tempranos con un detalle sin precedentes, abriendo una nueva ventana sobre cómo se formaron y evolucionaron las galaxias.

La Vía Láctea misma podría haber pasado por una fase de cuásar, aunque no está activa en la actualidad. Los investigadores ahora consideran cómo tal fase podría haber influido en el desarrollo de nuestra galaxia y sus vecinas. Zhu concluyó: "Entender cómo las galaxias se influenciaron mutuamente en el universo temprano nos ayuda a comprender mejor cómo se formó nuestra propia galaxia. Ahora nos damos cuenta de que los agujeros negros supermasivos pueden haber desempeñado un papel mucho más grande en la evolución galáctica de lo que pensábamos, actuando como depredadores cósmicos que influyen en el crecimiento de estrellas en galaxias cercanas durante el universo temprano".