kPoco después del Big Bang, volvió a oscurecer. A medida que la materia caliente se enfriaba cada vez más en el curso de la expansión, todavía se necesitaron alrededor de cien millones de años para que se formaran las primeras estrellas y galaxias y su luz iluminara el universo nuevamente. Con la tecnología actual, no es posible visualizar estrellas individuales de los primeros días del universo, pero se han observado algunos núcleos de galaxias que irradian brillantemente. Estos se llaman cuásares. Su luminosidad proviene de masas calientes de gas que se vierten en un agujero negro supermasivo de millones o miles de millones de masas solares. El gas se calienta extremadamente en el llamado disco de acreción, luego se irradia y envía un brillante saludo a través del universo justo antes de que finalmente desaparezca.
Se aplica lo siguiente: cuanto más masivo es un desfiladero galáctico, más caliente y brillante se vuelve la materia entrante y mejor es posible identificar objetos tan distantes. Sin embargo, se considera una cuestión abierta de cosmología de dónde provienen tales pesos pesados en el universo joven. Porque los agujeros negros comúnmente se forman por el colapso de estrellas muy pesadas cuando se han quedado sin combustible y luego colapsan bajo su presión gravitacional. Pero las estrellas más pesadas conocidas tienen solo unas 200 masas solares. Tales estrellas brillan tanto que expulsan todo el gas que las rodea.
Si una estrella de este tipo se convierte en un agujero negro con unas 100 masas solares, entonces también debe crecer durante mucho tiempo y absorber enormes corrientes de material antes de alcanzar la clase de peso de los agujeros gigantes que pesan miles de millones de soles. Sin embargo, la materia entrante también irradia muy brillantemente y, por lo tanto, limita la entrada adicional de materia. Hasta ahora, las simulaciones cosmológicas no han podido explicar de dónde provinieron los 200 cuásares que se sabe que existieron menos de mil millones de años después del Big Bang.
El gas turbulento fluye hacia el corazón de las galaxias jóvenes
Hace algún tiempo, surgió la idea de que el enigma de los cuásares pesados podría resolverse si los agujeros negros fueran significativamente más pesados al nacer que las típicas 10-100 masas solares. Esto sería posible si las estrellas progenitoras fueran extremadamente grandes y masivas, con más de mil masas solares. Tales estrellas gigantes, hasta ahora hipotéticas, solo podrían haberse formado bajo las condiciones del universo primitivo. Todavía no ha sido posible simularlo satisfactoriamente.
Sin embargo, según un estudio publicado en la revista «Nature», la solución al enigma puede estar en los turbulentos flujos de gas en el corazón de las galaxias jóvenes. Un equipo internacional dirigido por el astrofísico Dan Whalen de la Universidad de Portsmouth utilizó simulaciones detalladas de supercomputadoras para recrear las condiciones en las regiones centrales de las galaxias jóvenes en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang. La turbulencia enormemente fuerte en las violentas corrientes de gas frío suprimió efectivamente la formación de nuevas estrellas. Esto permitió la formación de nubes de gas extraordinariamente masivas, que eventualmente colapsaron en estrellas gigantescas. «En nuestras simulaciones, vemos estrellas gigantes que van desde 31.000 a 40.000 masas solares», dice Whalen. Tiene más de 100 veces la masa de las estrellas más pesadas de la actualidad.
Según la simulación, estas estrellas masivas solo lograron vidas muy cortas y luego implosionaron en agujeros negros del tamaño correspondiente. Además, estos agujeros negros se encuentran en la zona central de las masas de gas que ingresan al centro de una galaxia. Esto podría explicar la formación temprana de cuásares observada en el universo joven. Desafortunadamente, el Telescopio Espacial James Webb podrá observar muchos de estos cuásares, pero casi ninguna de sus estrellas progenitoras, aunque estas deberían brillar decenas de millones de veces más que nuestro sol. Sin embargo, si pares de estrellas gigantes de este tipo se hubieran formado muy cerca, una fusión de sus agujeros negros con futuros detectores de ondas gravitacionales debería ser posible dentro de unos buenos diez años. Esta sería una clara indicación de que tales estrellas, con mucho las más pesadas, pertenecerían a la clase de las hipergigantes rojas o azules.
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