A veces, una imagen del cosmos logra algo que millones de palabras no consiguen: detenernos. Eso fue lo que ocurrió cuando un equipo de astrónomos se topó con una estructura cósmica que recuerda al símbolo de infinito, con dos núcleos brillantes rodeados de anillos de estrellas. La bautizaron, simplemente, como la galaxia ∞ (infinito). Pero su belleza no es lo único que llamó la atención. En su centro parece estar ocurriendo algo excepcional: el posible nacimiento de un agujero negro supermasivo.
El hallazgo, publicado en The Astrophysical Journal Letters, no solo ofrece una vista inédita de un fenómeno que hasta ahora se conocía solo en teoría. También plantea preguntas profundas sobre cómo se forman estos colosos gravitacionales. Como señalan los autores del artículo, el agujero negro no se encuentra en ninguno de los núcleos galácticos, sino justo en medio de ambos, en una región rica en gas y radiación, lo que sugiere que podría haberse formado en el acto, tras la colisión de las dos galaxias.
Una figura de ocho con un secreto en el centro
La galaxia ∞ se encuentra a unos 8.500 millones de años luz de la Tierra, en la región del cielo observada por el telescopio espacial James Webb dentro del proyecto COSMOS-Web. En las imágenes, se distinguen dos núcleos galácticos brillantes rodeados por anillos de estrellas, un patrón que recuerda a otras estructuras conocidas como galaxias de anillo colisional. Lo sorprendente es que, en lugar de un solo núcleo central, este sistema presenta dos, ambos muy masivos y compactos, separados por unos 15.000 años luz.
Pero lo más desconcertante es que el agujero negro activo se localiza justo entre los dos núcleos, no dentro de ellos. Observaciones adicionales del Observatorio Keck, el radiotelescopio VLA y el telescopio de rayos X Chandra confirmaron la presencia de una fuente extremadamente energética en esa región intermedia, con emisión de rayos X y ondas de radio típicas de un agujero negro supermasivo en pleno proceso de alimentación.
En palabras de los autores, “el agujero negro supermasivo no está asociado a ninguno de los dos núcleos, sino entre ellos, tanto en posición como en velocidad radial”. Esta ubicación fuera de lo habitual plantea nuevos escenarios sobre su origen.
¿Un agujero negro recién nacido?
Una de las grandes preguntas es si este agujero negro estaba ya presente antes de la colisión o si, como sugieren los datos, se formó tras el impacto. Para comprenderlo, los investigadores analizaron la distribución del gas ionizado y su comportamiento. El centro de la figura de ocho está lleno de gas caliente y altamente ionizado, visible gracias a una fuerte emisión en la línea de hidrógeno alfa. Esta región muestra una intensidad tan elevada que sugiere una fuente de energía muy potente, como un agujero negro en formación.
Según los autores, “sugerimos que el agujero negro se formó dentro de este gas en el momento inmediato posterior a la colisión, cuando era denso y altamente turbulento”. Esto encaja con una teoría poco común llamada “formación directa”, que propone que los agujeros negros pueden surgir a partir del colapso de grandes nubes de gas, sin necesidad de que primero se formen estrellas.
Este proceso, también conocido como "semilla pesada", ha sido propuesto para explicar cómo algunos agujeros negros supermasivos lograron crecer tan rápido en el universo temprano. Pero hasta ahora, no se había observado evidencia directa de que tal proceso pudiera ocurrir.
Alternativas: ¿estaba el agujero negro ya allí?
Aunque la hipótesis del nacimiento directo es tentadora, los investigadores también exploran explicaciones más conservadoras. Una posibilidad es que el agujero negro se haya originado en una tercera galaxia menor que fue absorbida durante la colisión y cuya estructura quedó desintegrada, dejando al agujero negro flotando en medio de los dos núcleos visibles. Otra opción es que el agujero negro haya sido expulsado de uno de los núcleos por una interacción gravitacional intensa y terminara estacionado en el centro del sistema.
Sin embargo, la falta de señales claras de una galaxia anfitriona alrededor del agujero negro, sumada a su ubicación y velocidad relativas, hace que estas hipótesis alternativas resulten menos convincentes. Los autores consideran más plausible que el agujero negro se haya formado en el sitio, dentro del gas comprimido por la colisión, siguiendo una cadena causal desde el choque hasta el colapso.
El artículo señala que “el agujero negro activo en la galaxia ∞ destaca por ser, quizás, el ejemplo más claro hasta ahora de un agujero negro supermasivo situado fuera de un núcleo galáctico”. Esta condición extraordinaria podría proporcionar una oportunidad única para estudiar los primeros momentos de vida de uno de estos objetos.
Implicaciones para la cosmología
Más allá del caso puntual de esta galaxia, el descubrimiento tiene implicaciones profundas. Hasta ahora, los modelos de evolución cósmica asumían que los agujeros negros supermasivos crecían lentamente en el centro de galaxias grandes, alimentándose del gas circundante o fusionándose con otros agujeros negros más pequeños. Pero si es posible que el colapso de gas turbulento en situaciones extremas genere agujeros negros directamente, el panorama cambia.
Este escenario podría ayudar a resolver uno de los grandes enigmas de la cosmología moderna: ¿cómo lograron crecer tan rápido los agujeros negros que vemos en los primeros mil millones de años del universo?. Las observaciones del James Webb han mostrado que ya existían agujeros negros muy masivos en esa época, y la vía tradicional de crecimiento por acumulación parece demasiado lenta para explicarlo.
Si se confirma que un agujero negro puede nacer a partir de gas comprimido en eventos violentos, como fusiones galácticas, se abriría una nueva línea de investigación para comprender la historia temprana del cosmos. Como concluyen los autores, “si resulta ser posible formar agujeros negros en estas condiciones, aprenderemos mucho sobre el proceso”.
Referencias
- Pieter van Dokkum, Gabriel Brammer, Josephine F. W. Baggen, Michael A. Keim, Priyamvada Natarajan, Imad Pasha. The ∞ Galaxy: A Candidate Direct-collapse Supermassive Black Hole between Two Massive, Ringed Nuclei. The Astrophysical Journal Letters, 2025. https://doi.org/10.3847/2041-8213/addcfe.
