"Cuásares bebés" detectados por el JWST
Por: Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria.
07 de marzo de 2024
Cuásar gigante y pequeños puntos rojos. Imagen NIRCam del telescopio espacial James Webb (JWST) de NASA/ESA/CSA del cuásar luminoso J1148+5251, un agujero negro supermasivo activo extremadamente raro de 10 mil millones de masas solares. Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Matthee (ISTA), R. Mackenzie (ETH Zurich), D. Kashino (Observatorio Nacional de Japón), S. Lilly (ETH Zurich).
El telescopio espacial James Webb (JWST) ha realizado uno de los hallazgos más inesperados en su primer año de servicio: un gran número de pequeños puntos rojos débiles en el universo distante podría cambiar la forma en que entendemos la génesis de los agujeros negros supermasivos. La investigación, dirigida por Jorryt Matthee, profesor asistente de astrofísica en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), se publica ahora en The Astrophysical Journal.
Un montón de pequeños puntos rojos encontrados en una pequeña región de nuestro cielo nocturno podrían ser un avance inesperado para el JWST durante su primer año de servicio. Estos objetos eran indistinguibles de las galaxias normales a través de los "ojos" del antiguo Telescopio Espacial Hubble. "Sin haber sido desarrollado para este propósito específico, el JWST nos ayudó a determinar que pequeños puntos rojos débiles, encontrados muy lejos en el pasado distante del Universo, son versiones pequeñas de agujeros negros extremadamente masivos. Estos objetos especiales podrían cambiar la forma en que Pensemos en la génesis de los agujeros negros", afirma Matthee.
Los científicos habían considerado durante mucho tiempo los agujeros negros una curiosidad matemática, hasta que su existencia se hizo cada vez más evidente. Estos extraños pozos cósmicos sin fondo podrían tener masas tan compactas y gravedades tan intensas que nada puede escapar a su fuerza de atracción; aspiran cualquier cosa, incluido el polvo cósmico, los planetas y las estrellas, y deforman el espacio y el tiempo a su alrededor de tal manera que ni siquiera la luz puede escapar.
La teoría general de la relatividad, publicada por Albert Einstein hace más de un siglo, predijo que los agujeros negros podrían tener cualquier masa. Algunos de los agujeros negros más intrigantes son los agujeros negros supermasivos (SMBH), que podrían alcanzar de millones a miles de millones de veces la masa del sol. Los astrofísicos coinciden en que hay un SMBH en el centro de casi todas las galaxias grandes. La prueba de que Sagitario A* es un SMBH en el centro de nuestra galaxia con más de cuatro millones de veces la masa del Sol le valió el Premio Nobel de Física 2020.
Sin embargo, no todas las SMBH son iguales. Si bien Sagitario A* podría compararse con un volcán dormido, algunos SMBH crecen extremadamente rápido al engullir cantidades astronómicas de materia. Por lo tanto, se vuelven tan luminosos que pueden observarse hasta el borde del universo en constante expansión. Estos SMBH se llaman cuásares y se encuentran entre los objetos más brillantes del Universo. "Un problema con los cuásares es que algunos de ellos parecen ser demasiado masivos, demasiado masivos dada la edad del universo en la que se observan. Los llamamos los 'cuásares problemáticos'", dice Matthee.
Ahora, Matthee y sus colegas identifican una población de objetos que aparecen como pequeños puntos rojos en las imágenes JWST. Además, demuestran que estos objetos son SMBH, pero no demasiado masivos. Para determinar que estos objetos son SMBH fue fundamental la detección de líneas de emisión espectral Hα con perfiles de línea anchos. Las líneas Hα son líneas espectrales en la región de color rojo intenso de la luz visible que se emiten cuando se calientan átomos de hidrógeno. La anchura del espectro sigue el movimiento del gas.
"Cuanto más ancha es la base de las líneas Hα, mayor es la velocidad del gas. Por lo tanto, estos espectros nos dicen que estamos ante una nube de gas muy pequeña que se mueve extremadamente rápido y orbita algo muy masivo como un SMBH", declara Matthee. Sin embargo, los pequeños puntos rojos no son los monstruos cósmicos gigantes que se encuentran en los SMBH demasiado masivos.
"Mientras que los 'cuásares problemáticos' son azules, extremadamente brillantes y alcanzan miles de millones de veces la masa del Sol, los pequeños puntos rojos se parecen más a 'bebés quásares'. Sus masas oscilan entre diez y cien millones de masas solares. Además, aparecen rojos porque tienen polvo. El polvo oscurece los agujeros negros y enrojece los colores", afirma Matthee.
Pero eventualmente, la salida de gas de los agujeros negros perforará el capullo de polvo y los gigantes evolucionarán a partir de estos pequeños puntos rojos. Así, el astrofísico de ISTA y su equipo sugieren que los pequeños puntos rojos son pequeñas versiones rojas de SMBH azules gigantes en la fase anterior a los problemáticos quásares. "Estudiar con más detalle las versiones infantiles de los SMBH excesivamente masivos nos permitirá comprender mejor cómo llegan a existir los cuásares problemáticos", explica Matthee.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-03-baby-quasars-james-webb-space.html