LID-568: un agujero negro que parece alimentarse a más de 40 veces el límite de Eddington

El caso de LID-568 ofrece una mirada a un agujero negro supermasivo en una etapa temprana de la historia cósmica. Se encuentra en el centro de una galaxia que ya existía cuando el universo tenía unos 1.500 millones de años. El 4 de noviembre de 2024, NSF NOIRLab anunció que un equipo internacional había estudiado el objeto con datos del telescopio espacial James Webb (JWST) y del observatorio de rayos X Chandra. El equipo estimó que LID-568 parece alimentarse a una tasa superior a 40 veces el límite de Eddington, y detectó flujos de gas potentes a su alrededor.

De una fuente de rayos X a observaciones con Webb

El equipo, dirigido por la astrónoma Hyewon Suh, utilizó Webb para observar una muestra de galaxias seleccionadas a partir del sondeo COSMOS de Chandra. LID-568 llamó la atención por su intensa emisión de rayos X. Las observaciones de Chandra, sin embargo, no permitían determinar con precisión la posición de la fuente, lo que dificultaba centrarla en el campo de Webb.

Para abordar ese problema, el equipo empleó el espectrógrafo de campo integral NIRSpec de Webb, en vez de la espectroscopia tradicional de rendija. Este instrumento puede obtener un espectro de cada píxel de su campo de visión, en lugar de limitarse a una franja estrecha. Así, las observaciones abarcaron tanto el objetivo como la región que lo rodea. Esa cobertura condujo a la detección inesperada de potentes flujos de gas alrededor del agujero negro central.

Chandra y Webb aportaron partes distintas de la observación: el sondeo de rayos X permitió que LID-568 destacara en la muestra, mientras que NIRSpec hizo posible estudiar espectralmente una región más amplia alrededor del objeto. Esta combinación ayudó al equipo a caracterizar una fuente cuya posición inicial no estaba bien determinada.

Qué indica el límite de Eddington

El límite de Eddington describe un equilibrio relacionado con la luminosidad máxima que puede alcanzar un agujero negro y con la rapidez a la que puede absorber materia. La gravedad atrae el material hacia el agujero negro, mientras que la presión hacia fuera procede del calor del material comprimido que cae. La estimación comunicada por el equipo sitúa la alimentación de LID-568 por encima de ese límite: el anuncio la describe como superior a 40 veces el límite de Eddington.

La cifra es una estimación de la tasa de alimentación del objeto, no una observación directa de cada paso de la materia. Su interés está en que ofrece un caso concreto para estudiar una fase de acreción super-Eddington, es decir, una alimentación que supera el límite teórico descrito por Eddington. El comunicado de NSF NOIRLab señala que observar un agujero negro supermasivo en una época tan temprana puede aportar pistas sobre cómo estos objetos crecieron con rapidez.

Flujos de gas y crecimiento rápido

Los investigadores utilizaron la velocidad y el tamaño de los flujos observados para inferir que una parte sustancial del crecimiento de LID-568 pudo ocurrir durante un solo episodio de acreción rápida. Es una interpretación de las observaciones, no un registro paso a paso de la historia del agujero negro. El equipo plantea que una fase de alimentación por encima del límite de Eddington podría permitir un aumento considerable de masa en un episodio rápido.

El resultado también se relaciona con las ideas sobre las semillas de los agujeros negros supermasivos. Los modelos mencionados por el equipo contemplan semillas ligeras, que podrían originarse con la muerte de las primeras estrellas, y semillas pesadas, que surgirían del colapso directo de nubes de gas. Según la interpretación de Suh recogida en el anuncio, un episodio de acreción rápida podría contribuir de forma importante al crecimiento tanto si la semilla inicial era ligera como si era pesada.

Los flujos podrían ayudar a entender cómo se regula una alimentación tan intensa. El equipo propone como posibilidad que actúen como una especie de válvula de escape para liberar parte de la energía sobrante y evitar que el sistema se vuelva demasiado inestable. Esta explicación se plantea como una hipótesis que requiere más investigación.

Qué puede aclarar el seguimiento

NSF NOIRLab indicó que el equipo planeaba realizar observaciones de seguimiento con Webb para investigar los mecanismos que intervienen en LID-568. Esas observaciones podrían contribuir a estudiar la relación entre la acreción extrema y los flujos de gas, así como la posible función de estos últimos en el sistema. La hipótesis de la válvula de escape y la inferencia sobre un episodio único de crecimiento son interpretaciones del equipo basadas en las observaciones descritas.

El anuncio de 2024 señaló que los resultados se presentaron en un trabajo titulado “A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST”, que, según NSF NOIRLab, iba a aparecer en Nature Astronomy. En conjunto, las observaciones hacen de LID-568 un caso útil para estudiar el crecimiento rápido de agujeros negros supermasivos en el universo temprano: la tasa superior a 40 veces el límite de Eddington es una estimación del equipo, mientras que el posible papel regulador de los flujos sigue siendo una hipótesis.