El agujero negro del cuásar J0100+2802 detiene la formación estelar

Los agujeros negros supermasivos funcionan como "depredadores cósmicos" que pueden suprimir la formación de estrellas no solo dentro de sus galaxias anfitrionas, sino también en sistemas vecinos a millones de años luz de distancia. Una nueva investigación liderada por la Universidad de Arizona indica que la intensa radiación emitida por los agujeros negros activos —conocidos como cuásares— calienta y dispersa el gas de hidrógeno molecular frío necesario para el nacimiento de las estrellas. Este descubrimiento, publicado en The Astrophysical Journal Letters el 3 de diciembre de 2025, sugiere que la evolución de las galaxias es un "esfuerzo grupal" interconectado en lugar de un proceso aislado, lo que cambia fundamentalmente nuestra comprensión del crecimiento del universo temprano.

El estudio, encabezado por el investigador postdoctoral Yongda Zhu del Steward Observatory, utilizó la sensibilidad sin precedentes del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para observar el universo distante. Al examinar el entorno que rodea a uno de los agujeros negros más masivos jamás descubiertos, el equipo identificó una "zona de supresión" donde la formación estelar estaba significativamente atrofiada. Este hallazgo proporciona una explicación largamente buscada de por qué algunas galaxias tempranas parecen "muertas" o inactivas a pesar de residir en entornos ricos en gas.

¿Qué es el cuásar J0100+2802 y por qué es importante?

El cuásar J0100+2802 es un núcleo galáctico activo hiperluminoso situado a 12.800 millones de años luz de distancia, alimentado por un agujero negro supermasivo con una masa 12.000 millones de veces superior a la del Sol. Surgido apenas 900 millones de años después del Big Bang, este objeto es fundamental porque su extrema luminosidad —420 billones de veces superior a la de nuestro Sol— actúa como un faro cósmico que permite a los astrónomos sondear las condiciones del medio intergaláctico durante la Época de Reionización.

Las observaciones de J0100+2802 representan una ventana a la infancia del universo, proporcionando un laboratorio para estudiar la coevolución de los agujeros negros y las galaxias. Debido a que este agujero negro es tan masivo y activo, sirve como un caso de estudio extremo para la retroalimentación radiativa. La energía liberada a medida que la materia cae en espiral hacia el horizonte de sucesos crea un disco giratorio de gas y polvo que brilla más que toda su galaxia anfitriona, lo que lo hace visible a través de la vastedad del espacio y el tiempo.

La importancia de J0100+2802 radica en sus métricas récord y su posición en la línea de tiempo cósmica:

• Masa: Aproximadamente 12.000 millones de masas solares.
• Luminosidad: Equivalente a 420 billones de soles.
• Desplazamiento al rojo: z = 6,30, que se remonta a cuando el universo tenía menos de 1.000 millones de años.
• Distancia: 12.800 millones de años luz de la Tierra.

¿Pueden los agujeros negros supermasivos actuar como depredadores cósmicos?

Los agujeros negros supermasivos actúan como depredadores cósmicos al emitir una radiación intensa que despoja a las galaxias cercanas del gas frío necesario para la formación de estrellas. Este proceso, denominado retroalimentación intergaláctica, implica que el cuásar "consume" materia local mientras libera simultáneamente torrentes de energía que alteran el equilibrio ecológico de la red cósmica circundante, privando eficazmente a las galaxias vecinas de su potencial de crecimiento.

Los modelos tradicionales de evolución galáctica suponían que las galaxias eran en gran medida independientes debido a las vastas distancias entre ellas. Sin embargo, Yongda Zhu y su equipo de la Universidad de Arizona descubrieron que un solo agujero negro hiperactivo puede ejercer una esfera de influencia que se extiende al menos un millón de años luz. Dentro de este radio, la radiación del cuásar divide el hidrógeno molecular —el combustible principal de las estrellas— en un estado ionizado que no puede colapsar bajo la gravedad para formar nuevos cuerpos estelares.

Este comportamiento "depredador" crea un efecto dominó en todo el ecosistema galáctico local. Al igual que un superdepredador en un entorno terrestre, el cuásar central dicta la población y el crecimiento de las "especies" (galaxias) a su alrededor. Al evitar el enfriamiento del gas en los sistemas vecinos, el agujero negro garantiza que estas galaxias permanezcan pequeñas y poco desarrolladas, deteniendo prematuramente su progreso evolutivo.

¿Cómo muestran los datos del JWST la formación estelar reprimida cerca de los cuásares?

Los datos del JWST revelan la formación estelar reprimida a través de la medición de las emisiones de O III (oxígeno doblemente ionizado), que sirven como trazador químico de la actividad estelar reciente. Mediante el uso de los instrumentos NIRCam y NIRSpec, los investigadores observaron que las galaxias situadas en un radio de un millón de años luz del cuásar J0100+2802 mostraban señales de O III significativamente más débiles en relación con su luz ultravioleta, lo que indica una falta de nuevos nacimientos de estrellas.

El Telescopio Espacial James Webb fue esencial para esta investigación porque la expansión del universo ha estirado la luz de estas galaxias tempranas hacia el espectro infrarrojo. Los observatorios anteriores, como el Hubble, carecían de la sensibilidad infrarroja para detectar las débiles señales de oxígeno ionizado a distancias tan extremas. Los datos de alta resolución proporcionados por el JWST permitieron a los investigadores distinguir entre la luz del cuásar y las sutiles firmas de las 117 galaxias circundantes identificadas en el estudio.

Curiosamente, el equipo pensó inicialmente que el telescopio podría estar funcionando mal al ver menos galaxias de las esperadas cerca del cuásar. "Estábamos desconcertados", dijo Zhu. "Luego nos dimos cuenta de que las galaxias podrían estar allí, pero eran difíciles de detectar porque su formación estelar más reciente estaba suprimida". Esta supresión queda evidenciada por la menor proporción de emisión de O III, lo que confirma que la retroalimentación radiativa del agujero negro ha alcanzado y perturbado las nubes de gas frío en estos sistemas vecinos.

Los factores tecnológicos clave que permitieron esta investigación incluyen:

• Imágenes de NIRCam: Capturaron imágenes de alta resolución de galaxias en el universo temprano.
• Espectroscopia de NIRSpec: Permitió la medición precisa de elementos químicos como el oxígeno y el hidrógeno.
• Sensibilidad infrarroja: Superó los obstáculos del desplazamiento al rojo que dificultaban a los telescopios anteriores.
• Campo de visión amplio: Mapeó la distribución de las galaxias en un radio de un millón de años luz.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Los astrónomos creen que nuestro agujero negro central, Sagitario A*, probablemente pasó por una fase de cuásar en el pasado distante. Comprender cómo los antiguos cuásares como el J0100+2802 influyeron en su entorno ayuda a los científicos a reconstruir la historia de nuestro grupo local de galaxias y la arquitectura más amplia de la red cósmica.

De cara al futuro, el equipo de la Universidad de Arizona planea ampliar su estudio a otros campos de cuásares para determinar si este comportamiento "depredador" es un rasgo universal de todos los agujeros negros supermasivos. Si estos hallazgos se mantienen en múltiples regiones del universo temprano, los científicos tendrán que revisar drásticamente sus simulaciones sobre cómo se formaron las primeras estructuras del cosmos. El Telescopio Espacial James Webb seguirá siendo la herramienta principal para estas investigaciones, despojando las capas del tiempo para revelar cómo los objetos más violentos del universo dieron forma a las tranquilas galaxias que observamos hoy.