¿Qué es la estrella-agujero negro que James Webb halló en el universo?

El telescopio espacial James Webb ha permitido identificar uno de esos objetos que obligan a los astrónomos a revisar el cajón de las etiquetas. Se llama MoM-BH-1* y fue observado tal como existía apenas 660 millones de años después del Big Bang. Tiene apariencia estelar, dimensiones comparables a las del sistema solar y una luminosidad imposible de explicar mediante la fusión nuclear de una estrella ordinaria.

La interpretación que mejor reproduce las observaciones es bastante más extraña: un agujero negro en crecimiento, enterrado dentro de una envoltura gigantesca y extremadamente densa de gas. Los investigadores lo denominan “estrella-agujero negro” —black hole star—, aunque el nombre puede llevar a engaño si se toma demasiado al pie de la letra.

No se trata de una estrella con un agujero negro incrustado como dos objetos independientes unidos de alguna manera imposible. El modelo propone un agujero negro central de unas 100.000 masas solares rodeado por una inmensa nube de hidrógeno que se comporta, vista desde fuera, como una especie de atmósfera estelar. El hallazgo abre además una posible explicación para los misteriosos puntos rojos que Webb lleva encontrando en el universo temprano.

Qué ha descubierto realmente el telescopio James Webb

MoM-BH*-1 apareció durante Mirage or Miracle, un programa concebido para investigar algunas de las fuentes excepcionalmente luminosas detectadas en las primeras épocas del cosmos. En las imágenes obtenidas con NIRCam destacaba como una fuente muy roja, compacta y brillante. Después llegó la espectroscopia con NIRSpec, capaz de descomponer su luz y revelar qué clase de materia la estaba produciendo. Y ahí empezó lo verdaderamente raro.

El objeto está situado a un desplazamiento al rojo espectroscópico de aproximadamente z = 7,76. Traducido del dialecto de los cosmólogos: estamos viendo luz emitida cuando el universo tenía unos 660 millones de años, frente a los aproximadamente 13.800 millones de años de edad que tiene en la actualidad.

No son “unos cientos de miles de años después del Big Bang”, como se ha deslizado en algunas informaciones; hablamos de cientos de millones de años. Sigue siendo, naturalmente, una infancia cósmica bastante extrema.

Su espectro mostró una caída de luminosidad extraordinariamente pronunciada conocida como salto de Balmer. La intensidad medida es mucho mayor de lo que cabe esperar de poblaciones estelares normales sin polvo. Para los investigadores, esa anomalía hace muy difícil explicar MoM-BH*-1 simplemente como una acumulación convencional de estrellas.

Cómo puede parecer una estrella y funcionar como un agujero negro

Una estrella como el Sol mantiene encendida su maquinaria porque en el núcleo fusiona elementos ligeros y convierte una pequeña parte de su masa en energía. MoM-BH-1 juega otra partida*. Las simulaciones indican que la fuente energética sería un agujero negro que está absorbiendo materia.

A su alrededor habría gas tan espeso que deja de comportarse como la típica nube tenue que uno imagina flotando entre las estrellas y empieza a parecerse, ópticamente, a la superficie de un astro descomunal. El resultado es una criatura bastante contraintuitiva.

Desde fuera parece una enorme esfera o envoltura estelar, aproximadamente del tamaño del sistema solar; desde dentro, el motor no es la fusión nuclear, sino la acreción de materia sobre un agujero negro.

La luminosidad atribuida al objeto supera ampliamente lo que una estrella normal podría sostener físicamente mediante fusión. Una estrella ordinaria, por muy desmesurada que fuese, no da para semejante factura energética.

Una atmósfera gigantesca hecha principalmente de hidrógeno

La composición de esa envoltura también resulta reveladora. El espectro muestra una fuerte presencia de hidrógeno y helio y muy pocas señales de elementos más pesados.

El peculiar tono rojo no necesitaría estar provocado principalmente por polvo, como sucede en muchos objetos astronómicos. Puede surgir del propio gas extremadamente denso y turbulento que envuelve al agujero negro y modifica la radiación antes de que escape.

Ese matiz importa. Durante años, parte de la interpretación de objetos muy rojos y remotos ha dependido de cuánto polvo suponemos que existe delante de ellos. Aquí el paisaje cambia: el gas puede hacer buena parte del trabajo atribuido al polvo.

Si eso también sucede en otros objetos semejantes, algunas estimaciones sobre la masa de los agujeros negros primitivos podrían necesitar una revisión considerable.

Los misteriosos puntos rojos del Webb encuentran un sospechoso

Desde que James Webb comenzó a observar el universo profundo han aparecido por todas partes unos objetos compactos bautizados, con una creatividad deliciosamente literal, como “little red dots”, pequeños puntos rojos.

Son especialmente frecuentes en imágenes correspondientes al universo joven y casi desaparecen al acercarnos a épocas cósmicas más recientes. Sus espectros contienen rasgos difíciles de conciliar en un único modelo y su verdadera naturaleza se ha convertido en una de las discusiones más interesantes abiertas por Webb.

MoM-BH*-1 ofrece una pieza que faltaba. Los modelos indican que una estrella-agujero negro encerrada en una galaxia joven podría reproducir muchas de las propiedades observadas en esos puntos rojos primordiales.

En el caso de MoM-BH*-1 ocurre algo especialmente útil para los investigadores: la radiación del objeto central domina casi completamente la luz observada, mientras la galaxia que lo alberga apenas interviene. Es como escuchar un instrumento aislado antes de intentar reconocerlo dentro de toda una orquesta.

Una explicación prometedora, no una sentencia definitiva

Conviene colocar aquí una pequeña barrera contra el entusiasmo cósmico. El descubrimiento no demuestra que todos los little red dots sean estrellas-agujero negro.

El campo sigue discutiendo modelos alternativos y existen objetos con propiedades distintas dentro de esa población. Lo que aporta MoM-BH*-1 es una observación particularmente limpia y extrema que demuestra que un agujero negro envuelto por gas denso puede reproducir varias características que hasta hace poco parecían difíciles de reunir en un mismo objeto.

La expresión “nuevo tipo de objeto astrofísico”, por tanto, describe una clase física propuesta y respaldada por estas observaciones, no una categoría cerrada y definitiva para los manuales escolares.

La imagen científica del objeto todavía está evolucionando. El valor del hallazgo reside precisamente ahí: ofrece una configuración concreta que puede ponerse a prueba buscando más ejemplares semejantes y comparando sus espectros.

Por qué puede explicar cómo nacieron los agujeros negros gigantes

Hay un viejo problema detrás de todo esto. Los astrónomos han encontrado agujeros negros de miles de millones de masas solares cuando el universo todavía era extraordinariamente joven.

Fabricar monstruos de ese tamaño con mecanismos convencionales de crecimiento no resulta sencillo: el reloj cósmico parece correr demasiado deprisa. De algún modo, algunos agujeros negros tuvieron que empezar siendo bastante grandes, crecer con una enorme eficacia o ambas cosas a la vez.

Una envoltura densa como la propuesta para MoM-BH*-1 podría favorecer fases de acreción super-Eddington, es decir, periodos durante los cuales el agujero negro ingiere materia a ritmos superiores a los que describen los modelos más sencillos de crecimiento estable.

La posibilidad llevaba años apareciendo en trabajos teóricos; disponer de una fuente cuyas propiedades encajen con esa configuración ofrece una pista observacional mucho más tangible.

Eso convierte a MoM-BH*-1 en algo más interesante que una rareza para coleccionistas de fenómenos extremos. Una población abundante de objetos semejantes podría constituir una etapa juvenil de los agujeros negros supermasivos que más tarde terminan instalados en los centros de grandes galaxias.

Los estudios recientes del Webb apuntan precisamente a que algunos de los pequeños puntos rojos pueden albergar agujeros negros jóvenes ocultos dentro de envolturas extraordinariamente densas de gas.

Un pequeño punto rojo que agranda el mapa del cosmos

El James Webb fue diseñado precisamente para esto: no tanto para ofrecernos postales bonitas del universo —que también— como para recoger una luz tan antigua que convierte cada espectro en una excavación arqueológica.

MoM-BH-1* llega desde una época en la que las primeras galaxias y los primeros grandes agujeros negros estaban tomando forma, y parece conservar una fase evolutiva que el universo actual ya no muestra con facilidad.

La explicación más sólida disponible es tan extraña como elegante: un agujero negro de aproximadamente 100.000 masas solares, creciendo dentro de un capullo de gas del tamaño del sistema solar y produciendo una apariencia casi estelar.

No es, estrictamente, mitad estrella y mitad agujero negro. Es algo quizá más interesante: un agujero negro vestido de estrella.

Y detrás del traje puede esconderse una respuesta bastante grande. Si otros pequeños puntos rojos observados por Webb funcionan de manera parecida, ese enjambre de motas rojizas que parecía una extravagancia del universo temprano podría estar mostrando, en realidad, cómo crecieron algunos de los primeros agujeros negros gigantes del cosmos.