Columna de Astronomía | Los primeros agujeros negros del universo

Una de las grandes interrogantes que aún tenemos en la astronomía es cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos, aquellos de masas mayores a un millón de veces la de nuestro Sol y que encontramos en el centro de la mayoría de las galaxias. Una de las sorpresas que nos hemos llevado en los últimos años, fue el haber encontrado algunos aún más grandes, de alrededor de mil millones de masas solares, y nacidos solo unos mil millones de años después del Big Bang. Esto nos genera un gran dolor de cabeza, pues aunque suene a mucho tiempo, es muy poco para formar un objeto tan masivo.

Actualmente, son dos teorías de formación de estos agujeros negros las más aceptadas por la comunidad astronómica. La primera nos dice que sus semillas se formaron a partir de la muerte de las primeras estrellas del universo, unos 200 millones de años después del Big Bang. Estas primeras estrellas tenían unas cien masas solares y vivían vidas muy cortas, de solo algunos millones de años (en comparación, una estrella como el Sol vive sobre 10 mil millones de años). Al morir, ellas dejaban como remanente un agujero negro de unas cien masas solares.

La segunda teoría también se basa en las condiciones únicas del universo temprano. La mayoría de las estrellas se forman a partir del colapso gravitacional de una nube de gas. Lo que ocurre normalmente es que en el proceso la nube se fragmenta en elementos menores, donde se forman estrellas de tamaños parecidos a nuestro Sol. Sin embargo, en los comienzos del universo –unos 300 millones de años después del Big Bang y en ausencia de elementos más pesados que el litio–la nube de gas podía colapsar completamente sin fragmentarse. En este caso, se podía formar un agujero negro directamente, sin pasar por una etapa estelar, con masas de alrededor de 100 mil masas solares.

Actualmente no conocemos cuál de estas dos teorías, o alguna otra alternativa más exótica, explica la formación de los primeros agujeros negros. Contestar esta pregunta requiere ser capaz de detectar las primeras etapas de crecimiento de las primeras galaxias, que es una tarea muy difícil. Si bien se han dedicado cientos de horas en los telescopios más avanzados, tanto en la Tierra como en el espacio, todavía no podemos encontrar evidencia definitiva de la existencia de los agujeros negros supermasivos.

Las razones para esto pueden ser varias. Por un lado, es posible que simplemente los primeros agujeros negros no crecían rápidamente y por eso no podemos detectarlos. Esto no parece probable, pues para alcanzar las grandes masas que observamos en algunos de ellos tienen que crecer casi continuamente desde el comienzo de los tiempos. Es posible también que los agujeros negros supermasivos sean mucho menos frecuentes en las primeras galaxias de lo que son ahora, o que estén obscurecidos por grandes cantidades de gas y polvo, y por lo tanto sean muy difíciles de detectar.

Quizás la respuesta a esta pregunta venga gracias a los futuros observatorios. Tenemos nuestras esperanzas puestas en el James Webb Space Telescope, que la NASA planea lanzar el primer semestre del 2019. Este telescopio espacial de 6.5 metros de diámetro, estará optimizado para trabajar en longitudes de onda infrarrojas. Gracias a su gran sensibilidad, seremos capaces de detectar las semillas de los primeros agujeros negros supermasivos, aún si están completamente obscurecidos. Esperemos entonces tener respuestas a estas preguntas en los próximos años.