El hallazgo de un agujero negro de 36.000 millones de masas solares no es solo una cifra asombrosa, es un reto directo a los límites teóricos de lo que la física actual considera posible. En el centro de una de las galaxias más masivas jamás observadas —la conocida como Cosmic Horseshoe (Herradura cósmica)—, este objeto colosal distorsiona el espacio-tiempo hasta curvar la luz de una galaxia de fondo en un espectacular anillo de Einstein casi completo. El descubrimiento ha sido posible gracias a una combinación poco habitual de técnicas: el uso del lente gravitacional fuerte y el análisis detallado del movimiento de las estrellas de la galaxia anfitriona.
Según los autores del estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se trata de uno de los diez agujeros negros más masivos conocidos, y quizá del mayor de todos ellos detectado con métodos directos y robustos. La investigación no solo mide su masa con una precisión excepcional, sino que también plantea nuevas preguntas sobre cómo crecen y evolucionan estos gigantes cósmicos junto a sus galaxias anfitrionas. “Nuestro modelo favorece una masa de agujero negro de log10(MBH/M⊙) = 10,56”, señalan los autores, lo que equivale a unas 36.000 millones de masas solares, con una certeza estadística de 5 sigmas, lo cual supone un alto nivel.
Un gigante en una galaxia fósil
La Herradura cósmica es una galaxia elíptica muy masiva situada a unos 5.000 millones de años luz de la Tierra, posiblemente el miembro central de un grupo fósil. Estos grupos representan la etapa final de sistemas gravitacionalmente ligados que, tras múltiples fusiones, han acabado convertidos en una única galaxia dominante sin compañeras brillantes. Los investigadores explican que este proceso también implica que los agujeros negros supermasivos de las antiguas galaxias satélite acaben fusionándose en el núcleo de la galaxia principal.
El resultado en este caso es un anillo de Einstein casi perfecto que envuelve a la galaxia, formado por la luz distorsionada de otra galaxia situada aún más lejos. Pero además, hay un segundo sistema de lentes más cerca del centro que crea un arco radial, una rara configuración que permite estudiar con gran detalle la distribución de masa en la zona interna. Este arco radial ha sido clave para poder aislar la contribución del agujero negro.
Combinando lentes y dinámica estelar
Para medir la masa de un agujero negro distante, lo habitual es analizar la velocidad de las estrellas o el gas cercanos al núcleo. Sin embargo, esta técnica requiere una resolución que solo se consigue en galaxias cercanas, lo que limita mucho el número de casos. En esta investigación, los autores combinaron las observaciones cinemáticas con el efecto de lente gravitacional fuerte, que revela cómo la masa total —incluido el agujero negro— curva la trayectoria de la luz de las galaxias de fondo.
Este enfoque conjunto resolvió problemas típicos como la degeneración masa-anisotropía y la degeneración de hoja de masa, que dificultan separar el efecto del agujero negro del de la materia oscura y las estrellas. La modelización fue posible gracias a datos del telescopio espacial Hubble y del espectrógrafo MUSE instalado en el Very Large Telescope (VLT) en Chile, que proporcionaron imágenes de alta resolución y mapas de velocidad estelar en dos dimensiones.
“Combinando estas dos mediciones podemos estar completamente seguros de que el agujero negro es real”, declaró el equipo. Esta certeza es poco habitual en sistemas tan lejanos y, según los autores, abre la puerta a aplicar el mismo método a otros casos en los que los agujeros negros estén inactivos y, por tanto, invisibles en otras longitudes de onda.
Robustez del resultado y modelos alternativos
Los investigadores probaron más de una docena de modelos diferentes para la distribución de masa de la galaxia, modificando supuestos sobre la proporción de materia oscura, el gradiente masa-luz de las estrellas, el perfil de densidad del halo e incluso la orientación del sistema. En todos los casos, la masa del agujero negro resultó consistente con la cifra principal dentro de los márgenes de error.
Para descartar que el fenómeno pudiera explicarse sin un agujero negro, se ensayó un modelo sin este componente. El resultado fue concluyente: el ajuste a los datos cinemáticos empeoró de forma significativa y el análisis bayesiano favoreció la presencia del agujero negro con una diferencia equivalente a más de 5 sigmas. Incluso al permitir que el centro de la galaxia tuviese una concentración estelar extra que imitara el efecto de un agujero negro, el modelo seguía sin reproducir las observaciones con precisión.
Un valor atípico en la relación masa–dispersión estelar
El agujero negro de la Herradura cósmicano solo es enorme, también rompe ligeramente las tendencias conocidasque relacionan la masa de estos objetos con la dispersión de velocidades estelares de sus galaxias anfitrionas. Su valor lo coloca aproximadamente 1,5 sigmas por encima de la relación MBH–σe, que describe bien a la mayoría de las galaxias, especialmente las de masas más modestas.
Otros agujeros negros ultramasivos como los de Holm 15A o NGC 4889 también presentan este exceso y, en muchos casos, se encuentran en galaxias centrales de cúmulos. Esto sugiere que en entornos extremos podría operar un mecanismo de crecimiento distinto, como fusiones repetidas de agujeros negros o episodios de acreción muy intensos en el pasado, posiblemente asociados a cuásares extremadamente luminosos.
Implicaciones para la evolución de galaxias y agujeros negros
Comprender cómo se forman y evolucionan los agujeros negros de este calibre es clave para descifrar la historia de las galaxias más masivas. Según el equipo, el tamaño del agujero negro y la estructura de la Herradura cósmica apuntan a un escenario en el que las fusiones tempranas y el agotamiento del gas han limitado la formación de nuevas estrellas, mientras el agujero negro seguía creciendo.
Este tipo de sistemas también ayuda a entender el papel de la retroalimentación AGN, es decir, cómo la energía liberada por el agujero negro activo en el pasado ha calentado o expulsado gas, impidiendo que se formen estrellas. En el caso de la Vía Láctea, se cree que algo similar pudo ocurrir en el pasado y podría repetirse cuando, en unos 4.500 millones de años, colisione con Andrómeda.
Mirando hacia el futuro
El método empleado en este trabajo será especialmente valioso con la llegada de nuevos telescopios y grandes cartografiados. Misiones como Euclid o el futuro Extremely Large Telescope permitirán encontrar y estudiar cientos de lentes gravitacionales con arcos radiales, ampliando el rango de distancias y masas en el que se pueden medir agujeros negros. Esto permitirá afinar la relación MBH–σe en su extremo más alto y comprobar si la tendencia observada en la Herradura cósmica es común o una rareza.
Referencias
- Carlos R. Melo-Carneiro, Thomas E. Collett, Lindsay J. Oldham, Wolfgang Enzi, Cristina Furlanetto, Ana L. Chies-Santos, Tian Li. Unveiling a 36 billion solar mass black hole at the centre of the Cosmic Horseshoe gravitational lens. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 541, Issue 4, August 2025, Pages 2853–2871. https://doi.org/10.1093/mnras/staf1036.
