Telescopio espacial James Webb ve la primera luz estelar de un antiguo cuásar
Las estrellas ya no pueden esconderse detrás de la luz que alimenta los agujeros negros supermasivos en el universo infantil.
Con la ayuda del Telescopio Espacial James Webb (JWST), los astrónomos han observado por primera vez la luz de las estrellas de dos galaxias primitivas que albergan agujeros negros supermasivos, o cuásares, en alimentación. Los hallazgos podrían eventualmente ayudar a los científicos a comprender mejor cómo los agujeros negros supermasivos crecen rápidamente hasta alcanzar masas equivalentes a millones o miles de millones de soles, y cómo ellos y las galaxias que los albergan evolucionan de la mano.
«Hace 25 años, fue increíble para nosotros poder observar galaxias anfitrionas de hace 3 mil millones de años utilizando grandes telescopios terrestres», dijo Knud Janke, miembro del equipo e investigador del Instituto Max Planck de Astronomía. dijo en un comunicado. «El Telescopio Espacial Hubble nos permitió sondear el tiempo máximo de crecimiento de los agujeros negros hace 10 mil millones de años. Y ahora tenemos JWST disponible para ver las galaxias en las que aparecieron los primeros agujeros negros supermasivos».
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El equipo observó dos de estas llamadas galaxias activas, que se ven tal como eran cuando el universo de 13.800 millones de años tenía menos de mil millones de años. Pudieron calcular tanto la masa de las galaxias como la masa de los agujeros negros supermasivos que alimentan los cuásares, designados J2236+0032 y J2255+0251. La luz de estas dos galaxias tardó 12.900 y 12.800 millones de años en llegar a nosotros, por lo que a los astrónomos les pareció que 870 y 880 millones de años después del Big Bang, respectivamente.
Las observaciones revelaron que la masa de las galaxias es de 130 mil millones y 30 mil millones de veces la del sol, y las masas de los monstruosos agujeros negros que se alimentan son 1.4 mil millones de masas solares para J2236+0032 y 200 millones de masas solares para J2255+ 0251. Esto mostró que la masa de estas galaxias primitivas y sus agujeros negros centrales están relacionadas de la misma manera observada en las galaxias observadas más cerca de la Vía Láctea y, por lo tanto, más recientes en el tiempo.
¿Cómo crecen los agujeros negros supermasivos con sus galaxias?
Los cuásares son algunos de los objetos más extremos de todo el universo. Alimentados por agujeros negros supermasivos rodeados de gas y polvo, parte del cual se adhiere al agujero negro, parte del cual es lanzado a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, los cuásares emiten tanta luz que a menudo pueden eclipsar a todas las estrellas de la galaxia. que los acojan. . combinaron.
Se cree que casi todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro, pero no todas son cuásares. Por ejemplo, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, Sagitario A* (Sgr A*), consume tan poca materia que equivale a que un ser humano coma un grano de arroz cada millón de años. Así que no se está alimentando lo suficiente como para impulsar un cuásar.
El primer cuásar se detectó en 1963 y, desde entonces, los científicos han desentrañado los procesos que alimentan su inmensa emisión de luz. En la década de 2000, se descubrió que las masas de las galaxias y sus agujeros negros supermasivos están relacionadas, con la masa de las estrellas en una galaxia unas 1000 veces mayor que la masa de su agujero negro central.
La relación entre las masas de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias se mantiene para las galaxias con agujeros negros supermasivos con masas millones de veces la del Sol y para aquellas con agujeros negros centrales miles de millones de veces la masa de nuestra estrella.
La conexión entre la masa de las galaxias y la masa de sus agujeros negros supermasivos puede estar relacionada con el hecho de que ambos crecen a través de una cadena de fusiones entre galaxias que finalmente provoca que los agujeros negros en el centro de estas galaxias choquen violentamente entre sí y crear un agujero negro aún más grande. En consecuencia, después de numerosas fusiones, la masa de una galaxia será alrededor de la masa promedio de la galaxia inicial multiplicada por el número de galaxias con las que se fusionó, mientras que la masa del agujero negro central será alrededor de la masa del agujero negro inicial multiplicada por el masa del agujero negro inicial mismo número, lo que lleva a una relación aproximadamente lineal.
Otra sugerencia es que cuando un agujero negro supermasivo se alimenta de suficiente material para convertirse en un cuásar, la radiación que libera regula el material disponible tanto para alimentar al cuásar como para formar nuevas estrellas. Entonces, cuando el cuásar se queda sin alimento y deja de crecer, la formación de estrellas también se ralentiza en esa galaxia.
Cualquiera que sea la causa de esta relación, hasta ahora los astrónomos no han podido determinar si existe para las galaxias y sus agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Esto se debe a que, si bien el brillo de los cuásares permite estudiarlos desde miles de millones de años luz de distancia, también dificulta la observación de la luz estelar más tenue de las galaxias que albergan cuásares.
Los telescopios terrestres luchan por distinguir la luz de los cuásares y la luz de las estrellas en sus galaxias debido al efecto de la atmósfera terrestre. Desde su posición sobre la atmósfera, el Telescopio Espacial Hubble ha tenido cierto éxito en extraer la luz de estas galaxias cuando se encuentran a unos 10 mil millones de años luz de distancia. Pero para hacer esto en galaxias más lejanas y anteriores, los astrónomos tuvieron que esperar a que el telescopio espacial más poderoso jamás puesto en órbita, el JWST.
Los cuásares J2236+0032 y J2255+0251 se observaron con el instrumento principal de JWST, la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam), durante 2 horas en dos longitudes de onda diferentes. El equipo tomó este espectro combinado de luz de cuásar y luz de estrella para ambas galaxias, y luego dividió la luz de cuásar para ver la luz de las primeras estrellas en estas galaxias por primera vez.
Sorprendentemente, las observaciones de J2236+0032 y J2255+0251 y sus galaxias con el JWST han demostrado que la proporción de masa galáctica/agujero negro supermasivo existe incluso en el universo primitivo. Actualmente, estos datos por sí solos no son suficientes para revelar los orígenes de esta proporción de masas y cómo los agujeros negros supermasivos crecen a tamaños tan tremendos, pero informarán futuras investigaciones.
Los hallazgos representan solo una parte de las observaciones de JWST de cuásares distantes, con el poderoso telescopio espacial actualmente observando diez más de estos objetos supermasivos alimentados por agujeros negros y sus galaxias. Además, se asignaron 11 horas adicionales de tiempo de observación a esta exploración específica del universo primitivo.
La investigación fue publicada el 28 de junio en la revista Nature.
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