Desde que el Telescopio Espacial James Webb abrió los ojos en diciembre de 2021, la comunidad astronómica internacional ha vivido en un estado de excitación y desconcierto permanentes. ¿La razón? Entre las miles de galaxias brillantes y nebulosas espectaculares, el telescopio más potente de la … historia detectó algo que no debería estar ahí. En las regiones más remotas del Universo, cuando éste apenas tenía unos cientos de millones de años, aparecieron unos misteriosos ‘pequeños puntos rojos’.

A simple vista, parecían insignificantes manchas de color carmesí perdidas en el telón de fondo del espacio profundo. Pero para los astrofísicos esos puntos suponían un problema mayúsculo. Un dolor de cabeza que amenazaba con derrumbar lo que creíamos saber sobre la evolución del cosmos.

Según los modelos cosmológicos estándar, en efecto, esos objetos no tenían sentido. Si eran galaxias llenas de estrellas, como se pensó al principio, eran demasiado masivas y brillantes para haberse formado tan pronto tras el Big Bang. Era como encontrar a un adolescente completamente desarrollado en una guardería de recién nacidos. Y si eran agujeros negros supermasivos, carecían de las firmas de rayos X habituales. De modo que, durante dos largos años, estos puntos rojos han desafiado a los científicos, sugiriendo que quizás nuestras teorías sobre el Universo primitivo estaban equivocadas. Pero el misterio, por fin, ha sido resuelto.

El ‘capullo cósmico’

La solución definitiva al enigma, descubierta por un equipo de investigadores del Centro Cosmic Dawn del Instituto Niels Bohr, en la Universidad de Copenhague, ha merecido la portada del último número de ‘Nature‘. Tras analizar exhaustivamente los datos espectrales de estos objetos, la conclusión es que los puntos rojos no son galaxias gigantescas imposibles, sino agujeros negros jóvenes en pleno ‘estirón’ de crecimiento, ocultos tras un espeso velo de polvo y gas. En otras palabras, el estudio revela que lo que estábamos viendo no era la luz de miles de millones de estrellas antiguas, sino el brillo feroz de un agujero negro ‘bebé’ (aunque supermasivo) alimentándose con una voracidad extrema.

El motivo de la confusión que ha reinado hasta ahora es que los astrónomos se encontraban ante una paradoja. Algunos, de hecho, sostenían que los puntos rojos eran galaxias masivas, lo cual no encajaba con el tiempo disponible para su evolución. Otros sospechaban que podían ser agujeros negros, pero faltaba la ‘pistola humeante’: la emisión de rayos X y ondas de radio que siempre acompañan a estos devoradores cósmicos.

Ahora, los investigadores daneses han descubierto que esos agujeros negros sí que están ahí, pero camuflados. «Los pequeños puntos rojos -explica Darach Watson, uno de los autores principales del estudio- son agujeros negros jóvenes, cien veces menos masivos de lo que se creía anteriormente, envueltos en un capullo de gas que están devorando para crecer».

El ‘capullo’ al que se refiere Watson es, precisamente, la clave de todo. Se trata de una densa nube de gas ionizado alrededor del agujero negro. Una nube que, cuando el agujero negro devora materia, genera un calor inmenso. Esa radiación intenta escapar, pero choca contra el denso muro de gas que envuelve a la ‘bestia’. El proceso filtra la luz, es decir, bloquea los rayos X y deja pasar sólo ciertas longitudes de onda que, al llegar a los ojos infrarrojos del Webb, se ven de color rojo.

Comedores desordenados

La imagen que emerge de este estudio es violenta y caótica. No estamos ante la majestuosa calma de una galaxia espiral, sino ante un frenesí de alimentación gravitatoria. Los investigadores han podido observar a estos agujeros negros en una etapa de su vida que nunca antes habíamos visto: su ‘estirón’ de crecimiento.

«Cuando el gas cae hacia un agujero negro -explica Watson-, lo hace formando una espiral descendente, una especie de disco o embudo hacia la superficie del agujero. Pero termina por ir tan rápido y por comprimirse tanto que genera temperaturas de millones de grados y brilla intensamente».

Sin embargo, estos monstruos no son eficientes al alimentarse. «Solo una cantidad muy pequeña del gas -sentencia el investigador- es tragada por el agujero negro. La mayor parte es expulsada de nuevo desde los polos a medida que el agujero negro rota. Por eso llamamos a los agujeros negros ‘comedores desordenados’ ».

Es esa materia expulsada y recalentada, chocando contra el capullo de gas circundante, la que produce el brillo característico que ha desconcertado a los astrónomos. La luz rebota múltiples veces dentro de esa niebla densa, cambiando su firma espectral antes de escapar finalmente hacia el vacío.

La ‘crisis’ de la masa, resuelta

Uno de los aspectos más importantes de este hallazgo es que, por fin, pone las cosas en su sitio. Durante los últimos dos años, el hecho de que estos objetos parecieran ser tan grandes en un momento tan temprano en la historia del Universo (apenas 600 o 700 millones de años después del Big Bang) había llevado a algunos a sugerir que necesitábamos una ‘nueva física’. Se hablaba de que las galaxias crecían más rápido de lo posible o que los agujeros negros nacían siendo ya gigantes.

Pero el nuevo análisis de la luz, concretamente de las líneas de emisión de hidrógeno (H-alpha), ha permitido ‘pesar’ correctamente estos objetos. De hecho, al entender que la luz proviene de un agujero negro oculto y no de una galaxia entera de estrellas, los cálculos cambian drásticamente.

Watson y sus colegas aplicaron nuevos modelos matemáticos a los espectros de luz captados por el Webb. Y descubrieron que las líneas de luz no seguían la curva habitual (una campana de Gauss) que se ve cuando la luz viaja libremente, sino una forma más ‘puntiaguda’ y exponencial, típica de la luz que ha tenido que rebotar a través de un medio denso (el capullo).

Al corregir los cálculos con el nuevo modelo, la masa estimada de estos agujeros negros cayó en picado. Y resulta que son cien veces menos masivos de lo que se creía. Aunque siguen siendo impresionantes, con masas de entre 100.000 y 10 millones de veces la del Sol, estas cifras sí que encajan perfectamente en los modelos estándar de evolución cósmica.

Como señala Rodrigo Nemmen, astrofísico de la Universidad de São Paulo, en un artículo adjunto en ‘Nature’: «Con las estimaciones de masa corregidas, los pequeños puntos rojos encajan en las teorías estándar de evolución cósmica». Es decir, que no es necesario reescribir las leyes de la física; sólo necesitábamos entender mejor lo que estábamos viendo.«Son mucho menos masivos de lo que la gente creía, así que no necesitamos invocar tipos de eventos completamente nuevos para explicarlos», añade Watson.

De los puntos azules a los rojos

Resulta curioso cómo la historia de la astronomía, a veces, parece repetirse. En la década de 1960, los astrónomos se vieron confundidos por unos extraños ‘puntos azules’ que parecían estrellas en nuestra propia galaxia pero que resultaron ser cuásares: agujeros negros supermasivos devorando materia en los confines del Universo.

Y hoy, más de medio siglo después, el Universo nos ha gastado la broma contraria. Lo que parecían ser galaxias rojas y tranquilas han resultado ser, nuevamente, cuásares, pero en una fase distinta: una fase larvaria. Son agujeros negros en su fase de incubación, envueltos aún en su capullo protector, creciendo en la oscuridad antes de romper el cascarón, expulsar el gas que los ciega y brillar con la luz azulada y potente de un cuásar maduro.

El hallazgo, por tanto, no solo resuelve un misterio y refuerza la confianza en nuestras teorías, sino que nos abre una ventana inédita al pasado. Ahora sabemos que, apenas unos cientos de millones de años después del nacimiento del Universo, ya existían ‘semillas’ de agujeros negros creciendo a un ritmo vertiginoso.

El estudio, por último, sugiere que esta fase de ‘capullo’ podría ser una etapa común y fundamental en la vida de todo agujero negro supermasivo. Es decir, podría ser el eslabón perdido que explica cómo estos titanes pasaron de ser meras fluctuaciones de densidad en el espaciotiempo a convertirse en los monstruos de miles de millones de masas solares que hoy gobiernan los centros de galaxias.