Astrónomos descubren seis nuevas galaxias atrapadas en la telaraña de un agujero negro

Con la ayuda del Very Large Telescope (VLT), astrónomos han encontrado seis galaxias alrededor de un agujero negro supermasivo cuando el Universo tenía menos de mil millones de años.

Esta es la primera vez que se ha visto una agrupación tan cercana tan poco después del Big Bang y el hallazgo nos ayuda a comprender mejor cómo los agujeros negros supermasivos, uno de los cuales existe en el centro de nuestra Vía Láctea, se formaron y crecieron hasta alcanzar sus enormes tamaños con rapidez. Apoya la teoría de que los agujeros negros pueden crecer rápidamente dentro de grandes estructuras en forma de red que contienen mucho gas para alimentarlos.

“Esta investigación fue impulsada principalmente por el deseo de comprender algunos de los objetos astronómicos más desafiantes: los agujeros negros supermasivos en el Universo temprano. Estos son sistemas extremos y hasta la fecha no hemos tenido una buena explicación para su existencia”, dijo Marco Mignoli, un astrónomo del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia, y autor principal de la nueva investigación publicada en Astronomy & Astrophysics.

Las nuevas observaciones con el VLT de ESO (European Southern Observatory) revelaron varias galaxias que rodean un agujero negro supermasivo, todas en una “telaraña” cósmica de gas que se extiende a más de 300 veces el tamaño de la Vía Láctea. “Los filamentos de la red cósmica son como hilos de telaraña”, explica Mignoli. “Las galaxias se paran y crecen donde se cruzan los filamentos, y las corrientes de gas, disponibles para alimentar tanto a las galaxias como al agujero negro supermasivo central, pueden fluir a lo largo de los filamentos”.

La luz de esta gran estructura en forma de red, con su agujero negro de mil millones de masas solares, ha viajado hasta nosotros desde una época en la que el Universo tenía solo 900 millones de años. “Nuestro trabajo ha colocado una pieza importante en el rompecabezas en gran parte incompleto que es la formación y el crecimiento de objetos tan extremos, pero relativamente abundantes, tan rápidamente después del Big Bang”, dice el coautor Roberto Gilli, también astrónomo del INAF en Bolonia, refiriéndose a los agujeros negros supermasivos.

Los primeros agujeros negros, que se cree que se formaron a partir del colapso de las primeras estrellas, deben haber crecido muy rápido para alcanzar masas de mil millones de soles en los primeros 900 millones de años de vida del Universo. Pero los astrónomos han luchado por explicar cómo podrían haber estado disponibles cantidades suficientemente grandes de “combustible de agujero negro” para permitir que estos objetos crezcan a tamaños tan enormes en tan poco tiempo. La estructura recién descubierta ofrece una explicación probable: la “telaraña” y las galaxias dentro de ella contienen suficiente gas para proporcionar el combustible que el agujero negro central necesita para convertirse rápidamente en un gigante supermasivo.

Pero, ¿cómo se formaron estructuras semejantes a una red tan grandes en primer lugar? Los astrónomos creen que los halos gigantes de misteriosa materia oscura son la clave. Se cree que estas grandes regiones de materia invisible atraen enormes cantidades de gas en el Universo temprano; Juntos, el gas y la materia oscura invisible forman las estructuras en forma de red donde las galaxias y los agujeros negros pueden evolucionar.

“Nuestro hallazgo apoya la idea de que los agujeros negros más distantes y masivos se forman y crecen dentro de halos masivos de materia oscura en estructuras a gran escala, y que la ausencia de detecciones anteriores de tales estructuras probablemente se debió a limitaciones de observación”, dice Colin Norman de la Universidad Johns Hopkins, también coautor del estudio.

Las galaxias ahora detectadas son algunas de las más débiles que pueden observar los telescopios actuales. Este descubrimiento requirió observaciones durante varias horas utilizando los telescopios ópticos más grandes disponibles, incluido el VLT de ESO.

Usando los instrumentos MUSE y FORS2 en el VLT del Observatorio Paranal de ESO en el desierto de Atacama en Chile, el equipo confirmó el vínculo entre cuatro de las seis galaxias y el agujero negro. “Creemos que acabamos de ver la punta del iceberg, y que las pocas galaxias descubiertas hasta ahora alrededor de este agujero negro supermasivo son sólo las más brillantes”, dijo la coautora Bárbara Balmaverde, astrónoma del INAF en Torino, Italia.

Estos resultados contribuyen a nuestra comprensión de cómo se formaron y evolucionaron los agujeros negros supermasivos y las grandes estructuras cósmicas. El Extremely Large Telescope de ESO, actualmente en construcción en Chile, podrá basarse en esta investigación al observar muchas más galaxias más débiles alrededor de agujeros negros masivos en el Universo temprano utilizando sus poderosos instrumentos.