¿Cómo nacieron tan rápido los agujeros negros gigantes? Una simulación ofrece una posible respuesta

¿Cómo pudieron existir agujeros negros con millones de veces la masa del Sol cuando el universo apenas comenzaba a formar sus primeras galaxias? Esta pregunta ha desconcertado durante años a los astrónomos, especialmente después de que el telescopio espacial James Webb identificara objetos extremadamente lejanos cuyas características sugieren la presencia de agujeros negros que crecieron a un ritmo extraordinario.

Ahora, un equipo internacional de investigadores ha encontrado una posible explicación. Mediante avanzadas simulaciones informáticas, los científicos lograron reproducir un escenario en el que enormes estrellas primitivas dan origen a agujeros negros que posteriormente crecen hasta alcanzar decenas de millones de masas solares. El estudio, publicado el 16 de septiembre de 2026 en la revista Nature, también ofrece una nueva interpretación de los misteriosos puntos rojos observados por James Webb.

Un misterio que comenzó en el universo primitivo

Los agujeros negros son regiones del espacio donde la gravedad es tan intensa que, una vez atravesado su horizonte de sucesos, ni siquiera la luz puede escapar. Algunos alcanzan millones o miles de millones de veces la masa del Sol y se encuentran en el centro de numerosas galaxias.

Sin embargo, explicar cómo aparecieron los primeros gigantes representa un desafío.

Una hipótesis plantea que comenzaron como agujeros negros relativamente pequeños, formados después de la muerte de las primeras estrellas, y aumentaron su masa al absorber gas y fusionarse con otros agujeros negros.

El problema es que ciertas observaciones del universo temprano muestran objetos cuyas masas estimadas parecen difíciles de alcanzar mediante un crecimiento lento y continuo. Los astrónomos investigan si estos gigantes comenzaron siendo mucho más masivos de lo que se pensaba o si atravesaron periodos de crecimiento especialmente acelerado.

El James Webb encontró unos misteriosos puntos rojos

El telescopio espacial James Webb ha permitido identificar una población de objetos extremadamente compactos y distantes que los astrónomos denominan little red dots, expresión inglesa que significa pequeños puntos rojos.

Estos objetos presentan características espectrales inusuales y, en muchos casos, señales compatibles con la presencia de agujeros negros que absorben grandes cantidades de materia.

Su apariencia rojiza y las propiedades de la luz que emiten han impulsado distintas explicaciones científicas. Una de ellas propone que contienen agujeros negros jóvenes rodeados por densas concentraciones de gas que modifican la radiación antes de que escape hacia el espacio.

Sin embargo, la naturaleza de toda esta población todavía se investiga. Incluso las estimaciones de masa pueden variar considerablemente según el modelo utilizado para interpretar sus espectros.

La nueva investigación intenta conectar estos objetos con las primeras etapas de formación de los agujeros negros supermasivos.

Una simulación recreó el nacimiento de gigantes cósmicos

El equipo encabezado por Sunmyon Chon, del Instituto Max Planck de Astrofísica, utilizó simulaciones cosmológicas que incorporan la gravedad, el movimiento del gas, la formación estelar y los efectos de la radiación.

Los investigadores estudiaron regiones especialmente densas del universo temprano, donde las primeras galaxias comenzaban a agruparse.

En el escenario simulado, una galaxia cercana emite intensa radiación ultravioleta que dificulta la formación temprana de estrellas en una nube de gas vecina.

Como consecuencia, la nube puede acumular una cantidad extraordinaria de materia antes de colapsar gravitatoriamente.

Cuando finalmente comienza el colapso, se forman estrellas primitivas capaces de crecer hasta alcanzar cientos de miles de veces la masa del Sol.

En la simulación principal, algunas de estas estrellas alcanzaron entre 500 000 y 900 000 masas solares. Su posterior colapso dio origen a agujeros negros iniciales extremadamente masivos, denominados semillas pesadas.

En lugar de comenzar con un agujero negro de unas pocas decenas o cientos de masas solares, el proceso permite iniciar su crecimiento con una masa cercana al millón de soles.

De un millón a treinta millones de masas solares

La formación de estas semillas pesadas constituye solamente la primera etapa del mecanismo propuesto.

Después del colapso estelar, los agujeros negros permanecen rodeados por densas concentraciones de gas que pueden alimentar su crecimiento.

Las simulaciones mostraron episodios de acreción super-Eddington, una situación en la que la materia cae hacia el agujero negro a una tasa superior a la asociada con el límite clásico de Eddington.

Este límite describe el equilibrio entre la atracción gravitatoria y la presión ejercida por la radiación sobre el material que cae. Bajo determinadas condiciones, el gas puede continuar acumulándose a un ritmo superior al correspondiente a ese límite clásico.

En los modelos estudiados, el proceso permitió que los agujeros negros crecieran rápidamente durante periodos relativamente breves.

Posteriormente, las interacciones y fusiones entre los sistemas contribuyeron a su evolución.

El resultado fue la formación de un agujero negro de aproximadamente 30 millones de masas solares cuando el universo se encontraba en la época correspondiente a un desplazamiento al rojo cercano a ocho, es decir, durante sus primeros cientos de millones de años.

Esta evolución simulada ofrece un mecanismo mediante el cual algunos agujeros negros pudieron alcanzar masas extraordinarias en una etapa muy temprana de la historia cósmica.

¿Qué relación tienen con los pequeños puntos rojos?

Una de las características más interesantes del estudio es que las simulaciones no se limitaron a calcular la masa de los agujeros negros.

Los investigadores también estudiaron el comportamiento del gas que los rodea y las señales luminosas que podrían producir.

Encontraron que los agujeros negros recién formados pueden desarrollar estructuras densas y ópticamente espesas capaces de modificar la luz mediante la dispersión por electrones.

Estas condiciones pueden producir características espectrales semejantes a las observadas en algunos pequeños puntos rojos, incluyendo determinadas señales del hidrógeno y una distribución característica de la radiación.

Según el modelo, esos objetos podrían representar una etapa relativamente breve de crecimiento, durante la cual un agujero negro joven permanece envuelto en gas.

Con el tiempo, algunos de estos sistemas podrían evolucionar hacia agujeros negros mucho más masivos, semejantes a los que alimentan ciertos cuásares del universo temprano.

¿Significa que el misterio está resuelto?

Aunque los resultados ofrecen una explicación físicamente plausible, todavía existen preguntas importantes.

La investigación se basa en simulaciones que estudian condiciones específicas del universo temprano. No constituye una observación directa del nacimiento de las primeras estrellas supermasivas ni demuestra que todos los pequeños puntos rojos correspondan a agujeros negros formados mediante este mecanismo.

Además, los propios autores reconocen que su modelo no incorpora completamente ciertos efectos mecánicos, como los chorros de materia y los vientos que pueden expulsar gas de las proximidades de los agujeros negros. Estos procesos podrían reducir la cantidad de material disponible para su crecimiento.

Por tanto, las masas alcanzadas en las simulaciones deben interpretarse considerando esas limitaciones.

También será necesario contrastar sus predicciones con nuevas observaciones y con otros modelos que proponen explicaciones diferentes para las propiedades de los pequeños puntos rojos.

Una nueva pista sobre los primeros gigantes del cosmos

Comprender el origen de los agujeros negros supermasivos podría ayudar a reconstruir cómo evolucionaron las primeras galaxias y de qué manera la gravedad, el gas y la radiación interactuaron durante las etapas iniciales del universo.

El estudio muestra que, bajo ciertas condiciones, una estrella extremadamente masiva puede convertirse en el punto de partida de un agujero negro que crece rápidamente y desarrolla propiedades compatibles con algunas observaciones del James Webb.

La posibilidad de conectar el nacimiento de estos objetos con los pequeños puntos rojos abre nuevas oportunidades para investigar una etapa de la historia cósmica que todavía conocemos de manera incompleta.

Por ahora, la investigación no demuestra que todos los primeros agujeros negros siguieran este camino. Pero ofrece un escenario concreto para explorar cómo pudieron aparecer algunos de los gigantes cósmicos cuando el universo todavía era extraordinariamente joven.