El agujero negro en el Pequeño Punto Rojo (LRD) Abell 2744-QSO1 observado por el JWST en el universo temprano (aproximadamente 700 millones de años después del Big Bang) es un agujero negro supermasivo que ha crecido hasta su tamaño actual sin una galaxia mucho más grande que lo alimente. Según el modelo estándar de evolución estelar, los agujeros negros se forman a partir de la muerte de estrellas más grandes al final de su ciclo de vida cuando se quedan sin combustible como resultado del colapso del núcleo estelar. Estos agujeros negros crecen en tamaño alimentándose de materia de una galaxia mucho más grande. El agujero negro del Pequeño Punto Rojo QSO1 no se ajusta a este marco y es novedoso. Se forma directamente sin la evolución estelar estándar, es decir, no es un remanente. del colapso del núcleo de una gran estrella moribunda. En cambio, se trata de un agujero negro de colapso directo (DCBH) o un agujero negro primordial (PBH). Anteriormente se teorizó sobre agujeros negros que no se formaron a partir del colapso estelar. Esto es evidencia de un agujero negro que se forma a través de un proceso más allá del estándar. evolución estelar.
¿Cómo se forma un agujero negro? Según el modelo estándar de evolución estelar, los agujeros negros son el producto final de la evolución de las estrellas masivas. Las estrellas experimentan cambios con el paso del tiempo.
La vida de una estrella comienza en grandes nubes interestelares de gas y polvo en la galaxia, donde los gases se agrupan debido a zonas de baja temperatura y alta densidad. Estos grupos acumulan gradualmente más y más materia y crecen. En algún momento, colapsan debido al aumento de la fuerza gravitatoria. La fricción durante el colapso calienta la materia y nace una estrella joven. Esta es la etapa de protoestrella en el ciclo de vida estelar. El colapso gravitatorio continúa, lo que provoca un aumento gradual de la temperatura y la presión en el núcleo de la protoestrella. Con el tiempo, la temperatura y la presión se vuelven lo suficientemente altas como para permitir la fusión de los núcleos de hidrógeno. La fusión nuclear libera una enorme cantidad de energía que calienta la materia lo suficiente como para evitar un mayor colapso por efecto de la gravedad. Esta es la etapa de "secuencia principal" de la estrella. El hidrógeno es su combustible principal.
Cuando se agota el combustible, la fusión nuclear se detiene y no hay energía para calentar los materiales y equilibrar la fuerza de la gravedad hacia adentro, y el núcleo colapsa, dejando un remanente compacto. Este es el final de la estrella. La estrella muerta o el remanente compacto es una enana blanca, una estrella de neutrones o un ion. agujero negro Dependiendo de la masa de la estrella original. Las estrellas con más de 20 masas solares (>20 M⦿) se convierten en agujeros negros al final de la evolución estelar, cuando se agota su combustible. Este es el proceso habitual: primero se forman las estrellas y las galaxias, y posteriormente los agujeros negros, como etapa final de la evolución estelar. La masa de estos agujeros negros es mucho menor que la masa total de la galaxia.
Formación no estelar de agujeros negros
¿Pueden formarse agujeros negros por medios distintos al colapso del núcleo estelar? Se han propuesto dos canales de formación "no estelares".
En el universo primitivo, una gran nube de gas primordial podría colapsar directamente en un agujero negro, sin pasar por la formación y evolución estelar normales, dando lugar a lo que llamamos agujeros negros de colapso directo (ACCD). Los otros agujeros negros hipotéticos formados directamente sin la intervención de la evolución estelar estándar son los agujeros negros primordiales (ABP). Los ABP son reliquias del Big Bang, formadas en las fluctuaciones extremas de densidad del universo primitivo, poco después del Big Bang.
Los agujeros negros formados a través de canales "no estelares" son solo una teoría; por lo tanto, son hipotéticos. Pero las cosas empezaron a cambiar rápidamente con el lanzamiento del JWST en diciembre de 2021, un observatorio espacial infrarrojo dedicado al estudio del universo primitivo.
El telescopio espacial James Webb (JWST) revoluciona el estudio del universo primitivo.
El JWST ha realizado varias observaciones que desafían nuestra comprensión del universo primitivo. La observación de la galaxia JADES-GS-z14-0 a un corrimiento al rojo de 14.32 la convierte en la galaxia más distante conocida. Esta galaxia se formó en el universo primitivo unos 290 millones de años después del Big Bang, y aun así es una galaxia grande, masiva y muy luminosa. También se descubrió que es rica en metales, lo que significa que generaciones de estrellas masivas ya habrían completado sus ciclos de vida, desde su nacimiento hasta la explosión de supernova, unos 290 millones de años después del Big Bang. De manera similar, se descubrió que la galaxia GS-NDG-9422, del universo primitivo, data de unos mil millones de años después del Big Bang, es químicamente compleja y no contiene estrellas de Población III. Según la comprensión actual, la primera generación de estrellas del universo primitivo debería ser de Población III con metalicidad cero. (En astronomía, cualquier elemento más pesado que el helio se considera un metal. Los no metales químicos como el oxígeno, el nitrógeno, etc., son metales en el contexto cosmológico. Las estrellas se enriquecen con metales en cada generación después de un evento de supernova).
El JWST también ha observado agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Uno de estos agujeros negros data de unos 700 millones de años después del Big Bang y tenía una masa de aproximadamente varios millones de veces la del Sol. Todo comenzó cuando el JWST observó pequeños puntos rojos (LRD, por sus siglas en inglés), detectados en la primera publicación de datos del JWST en 2022. Estos objetos compactos de color rojo presentaban espectros en forma de V y mostraban emisión de gas de hidrógeno a alta velocidad.
El pequeño punto rojo QSO1 (o Abell2744-QSO1)
QSO1 (o Abell2744-QSO1) es un punto rojo prototípico de aproximadamente 1,300 años luz de diámetro, situado a una distancia de más de 13 mil millones de años luz. Existió en el universo primitivo, tan solo 700 millones de años después del Big Bang. Su lente gravitacional es la del cúmulo de galaxias Abell 2744 (Cúmulo de Pandora), por lo que se magnifica y se observa en tres ubicaciones diferentes del cielo. Como resultado, QSO1 es más fácil de estudiar que la mayoría de los demás puntos rojos.
El estudio detallado de este pequeño punto rojo (LRD, por sus siglas en inglés) ha llevado a los investigadores a concluir que algunos agujeros negros supermasivos fueron enormes desde su origen. Se formaron sin una fase de colapso estelar y sin una galaxia anfitriona significativamente más masiva que los alimentara.
QSO son las siglas de Objeto Cuasiestelar (comúnmente conocido como cuásar).
Los estudios iniciales habían revelado que QSO1 es más que una nube de hidrógeno y helio incandescente que orbita un agujero negro supermasivo con una masa aproximadamente 40 millones de veces mayor que la del Sol. Sin embargo, existía incertidumbre sobre si realmente era tan masivo. Esto se debía a que, hasta ahora, todas las mediciones de masa de agujeros negros en el universo primitivo habían sido indirectas, basadas en suposiciones derivadas de lo que sabíamos sobre ellos en el universo local. Desconocíamos si esas suposiciones eran válidas para el universo primitivo.
Los investigadores reconocieron que si el agujero negro de QSO1 es realmente tan masivo, deberían poder usar la unidad de campo integral (IFU) del JWST para rastrear los efectos de su gravedad en el gas que lo rodea, además de mapear la distribución de varios elementos en el gas. Por lo tanto, utilizaron las observaciones de la IFU y mapearon los movimientos del gas de hidrógeno que rodea al agujero negro.
La gráfica de la velocidad de rotación en función de la distancia al centro reveló que el gas presentaba un movimiento kepleriano, lo que significa que la mayor parte de la masa del cuásar Little Red Dot QSO1 se concentra en el agujero negro central. Si la masa estuviera distribuida, el gas no habría orbitado un punto central de forma perfectamente kepleriana, como los planetas orbitan alrededor del Sol en el sistema solar.
Dado que el movimiento kepleriano se rige por las leyes de la gravedad, las mediciones de la velocidad del gas permitieron a los investigadores calcular directamente la masa del agujero negro. Esta fue la primera medición directa de la masa de un agujero negro del universo primitivo. Se descubrió que el agujero negro de QSO1 tiene aproximadamente 50 millones de masas solares. Además, este agujero negro representa dos tercios de la masa total de QSO1. Esto es sumamente inusual, ya que los agujeros negros supermasivos en las galaxias cercanas generalmente constituyen solo una pequeña fracción de la masa total de la galaxia anfitriona.
Además, el análisis de los mapas de composición del IFU mostró que el gas en todo QSO1 está compuesto casi en su totalidad de hidrógeno y helio. Una galaxia rica en estrellas y restos estelares debería tener elementos más pesados como el oxígeno, pero QSO1 tiene una metalicidad extremadamente baja, inferior al 0.5 % de la del Sol, lo que implica que QSO1 posee un entorno galáctico muy prístino.
La enorme masa de QSO1 en relación con su galaxia anfitriona sugiere que no se formó a partir de la fusión gradual y la alimentación de agujeros negros de menor masa estelar. Aparentemente, el agujero negro de Little Red Dot QSO1 es anterior al proceso de evolución estelar. Podría haber evolucionado a partir de una semilla masiva formada durante el primer segundo del Big Bang (agujero negro primordial) o, algo más tarde, a partir del colapso de una gigantesca nube de gas (agujero negro de colapso directo), y podría encontrarse en las primeras etapas de la formación de una galaxia a su alrededor. Por el momento, no es posible determinar si el agujero negro supermasivo de Little Red Dot QSO1 es un agujero negro primordial (PBH) o un agujero negro de colapso directo (DCBH); sin embargo, existen evidencias de la formación no estelar de agujeros negros en el universo primitivo.
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Referencias:
- Maiolino R., et al 2026. Un agujero negro en una galaxia casi prístina 700 millones de años después del Big Bang. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volumen 548, Número 1, mayo de 2026, staf2109. Publicado el 06 de abril de 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
- Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Medición directa de la masa de un agujero negro en un pequeño punto rojo a alto corrimiento al rojo. Nature 653, 1017–1021 (2026). Publicado el 27 de mayo de 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
- El telescopio Webb de la NASA revela un agujero negro que se formó antes que su galaxia. Publicado el 27 de mayo de 2026. Disponible en https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/
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 Abell 2744-QS01 observed by JWST in the early universe (about 700 Myr after the Big Bang) is supermassive that has grown to its current size without a much larger galaxy to feed them. According to the Standard Model of Cosmology, black holes form from death of bigger stars at the end of their life course when they run out of fuels as a result of stellar core collapse. These black holes grow in size feeding upon matter from much larger galaxy. The black hole of Little Red Dot QSO1 is does not fit this frame and is novel. It is formed directly without standard stellar evolution, i.e., it is not a remanent of core collapse of a big dying star. Instead, it is either a direct collapse black hole (DCBH) or a primordial black hole (PBH). Black holes not formed from stellar collapse were theorised earlier, but this is first confirmation of a black hole that is formed through a process beyond the standard model of cosmology.){kind=link}