Detección de “gas caliente” podría ser un nuevo método para hallar agujeros negros ocultos en el universo temprano  

Un equipo científico internacional dirigido por el profesor Ken-ichi Tadaki, de la Universidad Hokkai-Gakuen, ha realizado un descubrimiento revolucionario utilizando el Atacama Large Millimeter/submilliter Array (ALMA). El equipo ha captado señales de radio de alta resolución sin precedentes del gas caliente que rodea un agujero negro supermasivo situado a 12.900 millones de años luz. Esta innovadora técnica de observación promete revelar agujeros negros ocultos que se formaron durante las primeras etapas del universo.  

El equipo de investigadores observó un agujero negro supermasivo que existía en el universo hace 12.900 millones de años, con una masa superior a mil millones de veces la del Sol. Los cuásares se encuentran entre los objetos más brillantes del cosmos, impulsados por agujeros negros supermasivos que generan una intensa energía a medida que consumen la materia circundante. A pesar de su brillo, examinar las regiones más internas de los cuásares distantes ha sido todo un reto. En este innovador estudio, los investigadores se centraron en las señales de radio emitidas por moléculas de monóxido de carbono (CO) altamente energizadas. Sus observaciones de altísima resolución revelaron, por primera vez, los mecanismos de calentamiento que afectan al gas situado a tan sólo unos cientos de años luz del agujero negro¹. 

La detección de una fuerte emisión de CO a altos niveles de energía indica unas condiciones de gas extraordinariamente caliente alrededor del agujero negro. Aunque la radiación ultravioleta de las estrellas recién formadas suele calentar el gas en las regiones de formación estelar, las condiciones extremas observadas no pueden explicarse únicamente por la actividad estelar. La investigación apunta a los potentes rayos X que emanan del disco de acreción y la corona del agujero negro como principal fuente de calentamiento. Estos rayos X pueden elevar la temperatura del gas mucho más allá de los niveles observados en las regiones típicas de formación estelar. Además, el equipo encontró pruebas de que los potentes vientos y ondas de choque del cuásar contribuyen aún más a este calentamiento extremo, lo que demuestra que la región central del cuásar representa uno de los entornos más dinámicos del espacio.  

Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de las poblaciones de agujeros negros en el universo temprano. Los cuásares orientados con líneas de visión relativamente claras aparecen excepcionalmente brillantes en luz visible y rayos X. Sin embargo, si el cuásar se observa a través de una capa mucho más gruesa de polvo cósmico, la luz visible y los rayos X pueden quedar bloqueados, haciendo que permanezca «oculto». En otras palabras, muchos agujeros negros supermasivos pueden permanecer ocultos dentro de regiones polvorientas del universo temprano, indetectables. Dado que las ondas de radio observadas por ALMA no son fácilmente absorbidas por el polvo, esta técnica se convierte en una poderosa herramienta para descubrirlos. Aplicando observaciones similares de alta resolución de las emisiones energéticas de CO a otros objetos, el equipo espera elaborar un censo más completo de los primeros agujeros negros supermasivos y obtener información crucial sobre su formación y evolución. 

Información adicional 

Los resultados de esta investigación fueron publicados en Nature Astronomy: Tadaki et al. “Warm Gas in the Vicinity of a Supermassive Black hole 13 Billion Years Ago”(DOI: 10.1038/s41550-025-02505-x). 

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en representación de Asia del Este. 

El equipo de investigación está formado por Ken-ichi Tadaki (Hokkai-Gakuen University), Federico Esposito (Università degli Studi di Bologna), Livia Vallini (Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, INAF–OAS), Takafumi Tsukui (Australian National University), Toshiki Saito (Shizuoka University), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/ SOKENDAI), Tomonari Michiyama (Shunan University) 

Este trabajo ha contado con el apoyo de las becas JSPS KAKENHI (JP 23K03466 y 23K20870). 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes 

1. En otros estudios de alta resolución de cuásares, los investigadores han observado emisiones de radio procedentes del carbono atómico ionizado y de partículas de polvo. Sin embargo, las emisiones de carbono atómico detectan principalmente gas frío distribuido por toda la galaxia, por lo que ofrecen una visión limitada de las condiciones cercanas al propio agujero negro. El gran avance de esta investigación se debe a que se centra específicamente en las emisiones de radio de las moléculas de CO en estados energéticos superiores, lo que revela de forma única las condiciones del gas caliente en las inmediaciones del agujero negro supermasivo.  ↩︎