Webb detecta el agujero negro supermasivo activo más lejano hasta la fecha
Por la NASA
07 de julio de 2023.
El gráfico muestra el corrimiento al rojo de un agujero negro supermasivo activo. En la parte superior derecha está la imagen NIRCam completa del campo, que tiene un contorno blanco desigual y es muy pequeño. A su izquierda hay una gran extracción, etiquetada como imagen NIRCam, que muestra galaxias de diferentes colores, formas y tamaños en la mayor parte de la fila superior. Un pequeño cuadro blanco abierto en el extremo derecho y una línea dibujada en una imagen más grande a la izquierda. En la imagen insertada hay un punto rojo borroso más grande con dos puntos verdes a la izquierda y a la derecha. La extracción está etiquetada como CEERS 1019, 13.200 millones de años. La fila inferior muestra un gráfico de líneas etiquetado como Espectroscopía de matriz de microobturador NIRSpec. Muestra datos en blanco, un modelo en amarillo etiquetado como gas más rápido alrededor del agujero negro y un segundo modelo representado por una línea morada que está etiquetado como gas más lento en la galaxia. Crédito: NASA.
Es una bonanza: el Universo está repleto de agujeros negros. Los investigadores saben esto desde hace mucho tiempo, pero los agujeros negros menos masivos que existían en el Universo primitivo eran demasiado débiles para detectarlos, hasta que el telescopio espacial James Webb comenzó a tomar observaciones. Los investigadores detrás de Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) se encuentran entre los primeros en comenzar a extraer estos objetos brillantes y extremadamente distantes de las imágenes y datos altamente detallados de Webb.
Primero: el agujero negro supermasivo activo más distante jamás encontrado, poco más de 570 millones de años después del Big Bang. Está en el lado más pequeño, más similar a la masa del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que a los "monstruos" extremadamente grandes que hemos visto antes con otros telescopios.
Los investigadores de CEERS también identificaron dos pequeños agujeros negros más en el Universo primitivo, junto con casi una docena de galaxias extremadamente distantes. Estos hallazgos iniciales sugieren que los agujeros negros y las galaxias menos masivos podrían haber sido más comunes en el Universo primitivo de lo que se había demostrado previamente.
Los investigadores han descubierto el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha con el telescopio espacial James Webb. La galaxia, CEERS 1019, existió poco más de 570 millones de años después del Big Bang, y su agujero negro es menos masivo que cualquier otro identificado hasta ahora en el Universo primitivo. No solo eso, fácilmente "sacudieron" dos agujeros negros más que también están en el lado más pequeño, y existieron 1 y 1.1 mil millones de años después del Big Bang.
Webb también identificó once galaxias que existían cuando el Universo tenía entre 470 y 675 millones de años. La evidencia fue proporcionada por la Encuesta Científica de Liberación Temprana de la Evolución Cósmica (CEERS) de Webb, dirigida por Steven Finkelstein de la Universidad de Texas en Austin. El programa combina imágenes altamente detalladas de infrarrojo cercano y medio de Webb y datos conocidos como espectros, todos los cuales se utilizaron para hacer estos descubrimientos.
CEERS 1019 no solo es notable por cuánto tiempo existió, sino también por lo relativamente poco que pesa su agujero negro. Este agujero negro registra alrededor de 9 millones de masas solares, mucho menos que otros agujeros negros que también existieron en el Universo primitivo y que fueron detectados por otros telescopios. Esos gigantes suelen contener más de mil millones de veces la masa del Sol, y son más fáciles de detectar porque son mucho más brillantes. (Están "comiendo" activamente materia, que se ilumina a medida que gira hacia el agujero negro).
El agujero negro dentro de CEERS 1019 es más similar al agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que tiene 4,6 millones de veces la masa del Sol. Este agujero negro tampoco es tan brillante como los gigantes más masivos detectados anteriormente. Aunque más pequeño, este agujero negro existió mucho antes que todavía es difícil explicar cómo se formó tan poco tiempo después de que comenzara el Universo.
Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que los agujeros negros más pequeños deben haber existido antes en el Universo, pero no fue hasta que Webb comenzó a observar que pudieron hacer detecciones definitivas. (Es posible que CEERS 1019 solo mantenga este récord durante unas pocas semanas: la comunidad astronómica está revisando cuidadosamente las afirmaciones sobre otros agujeros negros más distantes identificados por Webb).
Los datos de Webb están prácticamente repletos de información precisa que hace que estas confirmaciones sean tan fáciles de extraer de los datos. "Mirar este objeto distante con este telescopio es muy parecido a mirar datos de agujeros negros que existen en galaxias cercanas a la nuestra", dijo Rebecca Larson de la Universidad de Texas en Austin, quien dirigió este descubrimiento. "¡Hay tantas líneas espectrales para analizar!"
El equipo no solo pudo desentrañar qué emisiones en el espectro provienen del agujero negro y cuáles son de su galaxia anfitriona, sino que también podrían identificar cuánto gas está ingiriendo el agujero negro y determinar la tasa de formación estelar de su galaxia.
El equipo descubrió que esta galaxia está ingiriendo tanto gas como puede mientras produce nuevas estrellas. Recurrieron a las imágenes para explorar por qué podría ser eso. Visualmente, CEERS 1019 aparece como tres grupos brillantes, no como un solo disco circular. "No estamos acostumbrados a ver tanta estructura en imágenes a estas distancias", dijo Jeyhan Kartaltepe, miembro del equipo de CEERS, del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York.
"Una fusión de galaxias podría ser en parte responsable de impulsar la actividad en el agujero negro de esta galaxia, y eso también podría conducir a una mayor formación de estrellas".
La Encuesta CEERS es expansiva y hay mucho más por explorar. El miembro del equipo Dale Kocevski de Colby College en Waterville, Maine, y el equipo detectaron rápidamente otro par de pequeños agujeros negros en los datos. El primero, dentro de la galaxia CEERS 2782, fue el más fácil de identificar. No hay polvo que oscurezca la vista de Webb, por lo que los investigadores pudieron determinar de inmediato cuándo existió su agujero negro en la historia del Universo, solo 1.100 millones de años después del Big Bang.
El segundo agujero negro, en la galaxia CEERS 746, existió un poco antes, mil millones de años después del Big Bang. Su brillante disco de acreción, un anillo compuesto de gas y polvo que rodea su agujero negro supermasivo, todavía está parcialmente nublado por el polvo. "El agujero negro central es visible, pero la presencia de polvo sugiere que podría estar dentro de una galaxia que también está bombeando estrellas con furia", explicó Kocevski.
Al igual que el de CEERS 1019, estos dos agujeros negros también son "pesos ligeros", al menos en comparación con los agujeros negros supermasivos conocidos anteriormente a estas distancias. Son sólo alrededor de 10 millones de veces la masa del Sol. "Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que debe haber agujeros negros de menor masa en el Universo primitivo. Webb es el primer observatorio que puede capturarlos con tanta claridad", agregó Kocevski. "Ahora pensamos que los agujeros negros de menor masa podrían estar por todas partes, esperando ser descubiertos".
Antes de Webb, los tres agujeros negros eran demasiado débiles para ser detectados. "Con otros telescopios, estos objetivos parecen galaxias ordinarias en formación de estrellas, no agujeros negros supermasivos activos", agregó Finkelstein.
Los espectros sensibles de Webb también permitieron a estos investigadores medir distancias precisas y, por lo tanto, las edades de las galaxias en el Universo primitivo. Los miembros del equipo Pablo Arrabal Haro de NOIRLab de NSF y Seiji Fujimoto de la Universidad de Texas en Austin identificaron 11 galaxias que existieron entre 470 y 675 millones de años después del Big Bang. No solo son extremadamente distantes, sino que es notable el hecho de que se hayan detectado tantas galaxias brillantes.
Los investigadores teorizaron que Webb detectaría menos galaxias de las que se encuentran a estas distancias. "Estoy abrumado por la cantidad de espectros altamente detallados de galaxias remotas que Webb devolvió", dijo Arrabal Haro. "Estos datos son absolutamente increíbles".
Estas galaxias están formando estrellas rápidamente, pero aún no están tan enriquecidas químicamente como las galaxias que están mucho más cerca de casa. "Webb fue el primero en detectar algunas de estas galaxias", explicó Fujimoto. "Este conjunto, junto con otras galaxias distantes que podamos identificar en el futuro, podría cambiar nuestra comprensión de la formación de estrellas y la evolución de las galaxias a lo largo de la historia cósmica", agregó.
Estos son solo los primeros hallazgos innovadores de la encuesta CEERS. "Hasta ahora, la investigación sobre objetos en el Universo primitivo era en gran parte teórica", dijo Finkelstein. "Con Webb, no solo podemos ver agujeros negros y galaxias a distancias extremas, ahora podemos comenzar a medirlos con precisión. Ese es el tremendo poder de este telescopio".
En el futuro, es posible que los datos de Webb también se puedan usar para explicar cómo se formaron los primeros agujeros negros, revisando los modelos de los investigadores sobre cómo crecieron y evolucionaron los agujeros negros en los primeros cientos de millones de años de la historia del Universo.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-07-webb-distant-supermassive-black-hole.html