JWST encuentra el agujero negro supermasivo más activo

A medida que los astrónomos retroceden en el tiempo nuestras vistas del universo, sus telescopios continúan revelando sorpresas. Tal es el caso de un agujero negro supermasivo en CEERS 1019, una galaxia distante muy temprana.

¿Qué tan temprano? Existió y se estaba ensamblando unos 570 millones de años después del Big Bang. El Telescopio Espacial James Webb (JWST) lo vio y estudió su agujero negro. También tomó datos sobre otros dos agujeros negros tal como eran cuando el universo tenía alrededor de mil millones de años.

Los descubrimientos de galaxias y agujeros negros son parte de un programa de observación especial con JWST. Se llama Encuesta de lanzamiento temprano de ciencia evolutiva cósmica (CEERS). La idea es obtener imágenes detalladas y espectros de objetos tempranos y distantes en luz infrarroja e infrarroja media. Los objetos en el universo primitivo emiten fluorescencia en luz ultravioleta y visible. Sin embargo, cuando su luz nos alcanza, se ha «expandido» en el sistema infrarrojo. Dado que el infrarrojo también puede penetrar en áreas polvorientas, brinda la ventaja adicional de ver cosas que de otro modo estarían ocultas.

Encontrar agujeros negros en el universo temprano en las galaxias tempranas abre nuestra comprensión de ese momento en la historia cósmica. Eso fue poco después del Big Bang. Por ejemplo, la galaxia CEERS recién descubierta y su agujero negro supermasivo activo han sorprendido a los astrónomos. CEERS 1019 existió en un momento en que se estaban formando las primeras galaxias. Entonces, debe ser relativamente pequeño y sin rasgos distintivos, ¿verdad? Y si tenían agujeros negros en esa era temprana, deben haber tenido una masa relativamente baja (para los agujeros negros). ¿bien?

Una pequeña galaxia y su agujero negro

Bueno, es complicado. Resulta que esos agujeros negros son menos masivos. Pero, al menos uno de ellos todavía es demasiado grande. Cómo sabemos esto? JWST puede estudiar tanto las galaxias primitivas como sus agujeros negros, según Steve Finkelstein, investigador principal de la encuesta CEERS. “Hasta ahora, la búsqueda de cosas en el universo primitivo ha sido en gran medida teórica”, dijo. «Usando Webb, no solo podemos ver agujeros negros y galaxias a grandes distancias, sino que ahora podemos comenzar a medirlos con precisión. Este es el enorme poder de este telescopio».

Entonces, ¿cómo se comparan CEERS 1019 y su agujero negro? La galaxia en sí aparece como tres grupos brillantes sin disco. Entonces, realmente todavía se está reuniendo y arrojando nuevas estrellas a medida que construye su estructura. «No estamos acostumbrados a ver muchas estructuras en imágenes a estas distancias», dijo el miembro del equipo CEERS Cihan Kartaltepe, profesor asociado de astronomía en el Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York. «Las fusiones de galaxias pueden ser en parte responsables de alimentar la actividad en el agujero negro de esta galaxia, y esto también puede conducir a una mayor formación de estrellas».

¿Y ese agujero negro infantil supermasivo? Está completamente ocupado tragando gas y resulta que contiene 9 millones de masas solares. Esto es menos que algunos agujeros negros de su edad, pero aún más grande de lo esperado. Existe tan temprano en la historia que parece haberse formado muy poco después del comienzo del universo, lo cual es interesante.

Curiosamente, el agujero negro resulta ser similar a Sagitario A*, ubicado en el centro de la Vía Láctea. Y eso es emocionante incluso cuando sigue siendo desconcertante. «Mirar este objeto distante con este telescopio es muy parecido a mirar datos de agujeros negros que se encuentran en galaxias cercanas a la nuestra», dijo Rebecca Larson, Ph.D. Graduado de UT Austin, quien dirigió el estudio de estas cosas. «¡Hay demasiadas líneas espectrales para analizar!»

alrededor de esas líneas espectrales

Mientras que la vista infrarroja nos muestra la estructura de la galaxia, las líneas espectrales revelan otras propiedades. Por ejemplo, los espectros pueden determinar altas velocidades y temperaturas del flujo de energía. En el caso de CEERS 1019, el espectrómetro captura tanto el agujero negro como su galaxia anfitriona. Sus datos revelan el apetito de gas de un agujero negro, así como su tasa de formación de estrellas. Será interesante ver si este escenario se desarrolla en otras galaxias en la encuesta CEERS. Sin embargo, mientras tanto, estos primeros descubrimientos están impulsando a los astrónomos a refinar sus ideas sobre los agujeros negros y la formación de galaxias en el universo naciente.

En particular, CEERS se centra en estos objetos tal como existían en la era de la reionización. Este es un punto en la historia cósmica cuando la luz comenzó a viajar libremente a través del universo en expansión. Esta luz provenía de las primeras estrellas y gas ionizado entre estrellas y galaxias. También parece que las galaxias comenzaron a acumularse en esta época (y posiblemente antes). Los datos de la encuesta cubren la acumulación de estrellas (masa estelar), los cambios morfológicos en las galaxias como resultado, así como el crecimiento de esos primeros agujeros negros. Por lo tanto, estudiar este período es clave para trazar una línea de tiempo de los orígenes y la evolución del universo a través de la acumulación y transformación de esas primeras galaxias. Este es uno de los principales objetivos de JWST, que acaba de terminar su primer año completo de observación del universo en infrarrojo.

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