El telescopio James Webb ha encontrado agujeros negros supermasivos en una época en la que no habrían tenido tiempo de crecer. Un agujero negro que engulle gas tiene un techo de crecimiento, el límite de Eddington, impuesto por la presión de la luz que él mismo emite. Un equipo de la Universidad de California en Los Ángeles propone una explicación en dos tiempos. En los cúmulos de estrellas muy densos del universo joven, las colisiones se encadenan y construyen estrellas gigantes, que se derrumban en semillas de agujeros negros. Alrededor de esas semillas, las mismas colisiones suministran el gas que podría explicar los enigmáticos «Little Red Dots», objetos compactos y rojos que Webb detecta en gran número. El estudio se publicó en The Astrophysical Journal el 26 de octubre de 2026.
Mil estrellas donde el Sol no tiene vecinas
El universo joven no era un espacio vacío salpicado de galaxias bien ordenadas. Las observaciones de Webb y las simulaciones cosmológicas muestran lo contrario: una formación estelar muy agrupada, con cúmulos compactos y densos, a veces observados gracias al efecto lupa de una galaxia más cercana. Algunos presentan densidades superficiales de 100.000 masas solares por pársec cuadrado. Para hacerse una idea, hay que imaginar mil estrellas amontonadas en una esfera de 1 pársec de radio, es decir 3,26 años luz. El mismo volumen alrededor del Sol no contiene ninguna estrella: la más cercana, Próxima Centauri, está a 4,24 años luz.
En semejante aglomeración, los encuentros no son raros. Las estrellas pasan cerca unas de otras, se atraen, se rozan, y a veces chocan de verdad. Claire Williams, doctoranda en la Universidad de California en Los Ángeles, y sus diez coautores quisieron saber qué producen esas colisiones y hasta qué punto cambian la vida de los cúmulos.
Su método funciona en dos niveles. Un modelo analítico describe, radio a radio, lo que ocurre en el cúmulo. Las condiciones de partida salen de simulaciones cosmológicas de alta resolución, que indican qué cúmulos existen realmente en esas épocas. Los autores exploraron cientos de combinaciones: masas de cúmulo de 10.000 a 1.000 millones de masas solares, radios de 0,2 a 100 pársecs, velocidades internas de 2 a 200 kilómetros por segundo, con o sin agujero negro central.
Falta comprobar que ese modelo analítico dice la verdad. Para eso, los investigadores lo confrontan con simulaciones llamadas de Montecarlo. El principio se explica rápido: se repite la escena muchísimas veces, sorteando al azar las órbitas y los encuentros posibles, y se mira qué ocurre con más frecuencia. Cada caso de prueba contiene 1.000 estrellas, todas a menos de un pársec del centro. Modelo y simulaciones coinciden en lo esencial, lo que da crédito al marco.
Sin agujero negro, las colisiones se apilan
Primer caso: el cúmulo todavía no tiene agujero negro. Una colisión entre dos estrellas se parece a una fusión. Los dos cuerpos chocan, la materia se mezcla, y de ahí sale una estrella más masiva. Ese producto pesa más que sus vecinas. En la multitud del cúmulo se frena y cae hacia el centro, un fenómeno que los astrónomos llaman fricción dinámica. El mismo efecto que frena una canica pesada en un cuenco lleno de canicas ligeras.
En el centro, la densidad sube y las colisiones se aceleran. Cada fusión produce una estrella más grande, que a su vez engulle a sus vecinas. Es una reacción en cadena. El modelo muestra que puede dar una estrella muy masiva, un objeto de varios cientos, incluso de varios miles de masas solares. En los casos más extremos, la masa final supera las 100.000 masas solares, el equivalente a 100.000 soles reunidos en un solo astro.
Los autores son prudentes con esa cifra. El resultado depende mucho de la densidad del cúmulo y del reparto de masas de las estrellas que lo pueblan. Con una población de estrellas más pesadas que en nuestro vecindario, solo 22 sistemas de todo el conjunto probado forman una estrella muy masiva, y la más pesada llega a 512 masas solares. La tendencia general sigue igual: cuanto más denso es el cúmulo, más masiva es la estrella final.
Llega entonces el final de la vida. Un astro de ese tamaño no puede sobrevivir a su propia gravedad. Cuando su núcleo se derrumba, no deja una estrella de neutrones, sino un agujero negro. El modelo supone que toda la masa de la estrella gigante pasa al agujero negro, lo que da semillas de 200 masas solares y más, hasta 100.000 masas solares en los casos extremos. Así podrían los cúmulos compactos del universo joven fabricar los primeros agujeros negros supermasivos, sin esperar miles de millones de años de comidas.
Con agujero negro, las colisiones pulverizan y llenan el centro de gas
Segundo caso: el agujero negro ya está ahí, con una masa de 10.000 a 10 millones de masas solares. Domina la gravedad del centro del cúmulo. Las estrellas giran allí mucho más rápido, y una colisión ya no se parece a una fusión. A alta velocidad, las dos estrellas se pulverizan en lugar de ensamblarse. El modelo las llama colisiones destructivas: la materia queda reducida a gas, liberado en las inmediaciones del agujero negro.
Ese gas no desaparece. Los cálculos muestran que se acumula en los 0,00001 pársecs alrededor del agujero negro, es decir unas dos unidades astronómicas, el doble de la distancia Tierra-Sol. La densidad que alcanza es extrema. Una parte de ese gas puede caer en el agujero negro y alimentarlo, otra puede ser expulsada por los vientos y la radiación del cúmulo. El modelo todavía no sigue esos intercambios, pero predice que el gas está ahí, muy denso, muy cerca del centro.
Es exactamente el escenario que los astrónomos buscan para explicar los «Little Red Dots». Estos objetos compactos y rojos, detectados en gran número por Webb, aparecen unos 600 millones de años después del Big Bang y se vuelven más raros hacia los 1.500 millones. La luz infrarroja de Webb los muestra bien, pero su naturaleza divide: ¿cúmulo de estrellas muy denso, o agujero negro tragando un gas espeso?
El modelo aporta una pieza al debate. Las colisiones destructivas suministran el gas denso alrededor del agujero negro, lo que puede a la vez alimentar su crecimiento y absorber parte de su radiación. La luz infrarroja atraviesa mejor ese capullo que los rayos X, lo que daría objetos rojos y discretos en rayos X. Un objeto rojo, compacto, sin rayos X detectables: ese es el retrato de un «Little Red Dot» tal como lo dibuja esta hipótesis.
Los autores enlazan con un objeto que conocemos bien: el centro de la Vía Láctea. Alrededor de Sgr A*, el agujero negro de 4 millones de masas solares, pulula un cúmulo nuclear muy denso, un enjambre de estrellas apretadas en torno al centro de una galaxia. Si las estrellas gigantes del primer caso se derrumban en agujeros negros de masa intermedia, el sistema se parece entonces a lo que vemos en casa, un agujero negro rodeado de un enjambre de estrellas. El mismo mecanismo, a escalas y épocas distintas.
Lo que cambia y lo que falta por demostrar
El interés de este trabajo no está solo en proponer una receta para los agujeros negros gigantes. Conecta entre sí varias observaciones que se trataban por separado: los cúmulos compactos que Webb ve a gran corrimiento al rojo, los cúmulos nucleares de las galaxias cercanas, los agujeros negros de masa intermedia y los «Little Red Dots». Un mismo marco, con o sin agujero negro central, intenta hacerlos encajar.
Hay que medir el alcance real del resultado. El modelo es analítico y se compara con simulaciones de Montecarlo de 1.000 estrellas por caso, no con simulaciones completas que sigan el gas, la formación de las estrellas y los vientos estelares. Las colisiones se tratan de forma simplificada, o fusión o pérdida de masa. La hipótesis de que toda la masa de la estrella gigante acaba en el agujero negro favorece el escenario. Y los autores lo reconocen: añadir el gas podría cambiar las tasas de acreción, la velocidad a la que el agujero negro traga materia.
Sigue en pie que el marco encaja con varias observaciones. Las densidades deducidas para los «Little Red Dots» corresponden a estrellas muy masivas de 10.000 a 100.000 masas solares, lo que aboga por la presencia de un agujero negro en esos objetos. Las colisiones destructivas dejan además una firma posible: un gas enriquecido por las entrañas de las estrellas, con abundancias químicas poco habituales, que la espectroscopia de Webb podría buscar.
El siguiente paso se juega en los datos. Simulaciones hidrodinámicas completas, que sigan el gas a la vez que las estrellas, dirían si las colisiones cumplen su promesa. Y observaciones más finas de los «Little Red Dots» podrían decidir entre un cúmulo de estrellas y un agujero negro en plena acreción. Mientras tanto, una idea antigua vuelve con un argumento nuevo: los primeros gigantes del universo quizá nacieron de colisiones, no de comidas.
Para ir más lejos
- El estudio en The Astrophysical Journal: A Cosmological Framework for Stellar Collisions at High Redshift in Proto-globular Clusters, Nuclear Star Clusters, and Little Red Dots, también disponible como prepublicación en arXiv.
- Las imágenes de Webb de los «Little Red Dots» y su descripción: ESA/Webb.
- En el sitio: nuestro artículo sobre los agujeros negros que crecerían con el universo, nuestro mapa del cielo y nuestra guía de observación.
