El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha observado la luz de las estrellas que rodean algunos de los primeros agujeros negros supermasivos del universo: agujeros negros vistos tal como eran menos de mil millones de años después del Big Bang.
Las observaciones realizadas por un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) abordan la cuestión de cómo estos titanes cósmicos que se encuentran en el corazón de las galaxias crecieron hasta alcanzar masas enormes, equivalentes a millones (a veces incluso miles de millones) de soles. Más específicamente, ¿cómo crecieron tan rápidamente? Los hallazgos también podrían responder al enigma: ¿qué fue primero, la galaxia o lo supermasivo? agujero negro?
Los agujeros negros supermasivos observados por el equipo del MIT se alimentan insaciablemente del material circundante, generando inmensas fuerzas de marea en un disco de materia llamado disco de acreción, provocando así que el propio disco brille. Esta situación de alimentación potencia objetos llamados cuásaresque se encuentra en el corazón de galaxias activas. Los cuásares se encuentran entre los objetos más luminosos del cosmos, y algunos son tan brillantes que eclipsan la luz combinada de todas las estrellas de las galaxias que los rodean.
Los agujeros negros supermasivos también están rodeados de misterio, especialmente cuando se ven hace más de mil millones de años en el 13.800 millones de años de historia del universo. Esto se debe a que el continuo proceso de fusión de agujeros negros, según el cual los científicos creen que los agujeros negros supermasivos crecen con el tiempo, debería tardar muchos miles de millones de años en desarrollarse. Entonces, ¿cómo pudieron existir estos vacíos gigantes sólo unos mil millones de años después del Big Bang?
Bueno, una sugerencia es que obtuvieron una ventaja, formándose a partir de los llamados Agujeros negros de «semillas pesadas».
Utilizando el JWST para observar la luz tenue proveniente de estrellas en las galaxias anfitrionas de seis cuásares antiguosel equipo del MIT ha recopilado, por primera vez, evidencia de que los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo surgieron de semillas pesadas.
«Estos agujeros negros son miles de millones de veces más masivos que el Sol, en un momento en que el universo aún está en su infancia», dijo Anna-Christina Eilers, miembro del equipo y profesora asistente de física en el MIT. dijo en un comunicado. «Nuestros resultados implican que en el universo primitivo, los agujeros negros supermasivos podrían haber ganado masa antes que sus galaxias anfitrionas, y las semillas iniciales de los agujeros negros podrían haber sido más masivas que las actuales».
¿Qué fue primero? ¿El agujero negro o su galaxia?
Descubiertos en la década de 1960, inicialmente se creyó que el intenso brillo de los quásares se originaba en un único punto similar a una estrella. Esto llevó al nombre de «cuásar», que es un acrónimo del término objeto «cuasi estelar». Sin embargo, los investigadores pronto descubrieron que los quásares en realidad son causados por grandes cantidades de materia que se acumulan en Agujeros negros supermasivos en el corazón de las galaxias.
Sin embargo, estos objetos también están rodeados de estrellas, que son mucho más débiles y difíciles de observar. Esto se debe a que esta luz estelar es eliminada por la luz más brillante del quásar en el que orbitan las estrellas. Por lo tanto, separar la luz de los quásares y la luz de las estrellas que los rodean no es tarea fácil, similar a ver la luz de las luciérnagas posadas en la lámpara de un faro a aproximadamente una milla de distancia.
El La capacidad de JWST para mirar más atrás en el tiempo Sin embargo, este desafío ha sido menos desalentador. Así, el equipo del MIT logró observar la luz que viaja hacia la Tierra desde hace unos 13 mil millones de años procedente de seis quásares de galaxias antiguas.
«El cuásar eclipsa a su galaxia anfitriona en órdenes de magnitud. Y las imágenes anteriores no eran lo suficientemente nítidas para distinguir cómo se ve la galaxia anfitriona con todas sus estrellas», dijo el miembro del equipo Minghao Yue, postdoctorado en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. dicho. «Ahora, por primera vez, podemos revelar la luz de estas estrellas modelando con mucho cuidado las imágenes mucho más nítidas de esos cuásares obtenidas por el JWST».
Los datos del JWST incluyeron mediciones de cada una de las emisiones de luz de los seis cuásares en un rango de longitudes de onda. Luego, esta información se introdujo en un modelo de computadora que detalla qué parte de esta luz podría atribuirse a una fuente puntual compacta (el disco de acreción alrededor del agujero negro) y qué parte puede atribuirse a una fuente más difusa: las estrellas dispersas alrededor de la galaxia. .
Al dividir la luz en dos fuentes, el equipo también pudo inferir la masa de ambos elementos de estas galaxias. Esto reveló que los agujeros negros supermasivos tienen masas equivalentes a alrededor del 10% de las masas de las estrellas que los rodean.
Si bien esto puede parecer un enorme desequilibrio a favor de las estrellas, considere cómo en las galaxias modernas, los agujeros negros supermasivos centrales tienen masas de apenas el 0,1% de la de las estrellas de las galaxias circundantes.
«Esto nos dice algo sobre lo que crece primero: ¿es el agujero negro el que crece primero y luego la galaxia lo alcanza? ¿O son la galaxia y sus estrellas las que crecen primero, y dominan y regulan el crecimiento del agujero negro?» Dijo Eilers. «Vemos que los agujeros negros en el universo temprano parecen estar creciendo más rápido que sus galaxias anfitrionas.
«Esa es una prueba provisional de que las semillas iniciales del agujero negro podrían haber sido más masivas en aquel entonces».
«Después de que el universo nació, hubo semillas de agujeros negros que luego consumieron material y crecieron en muy poco tiempo. Una de las grandes preguntas es comprender cómo esos monstruosos agujeros negros pudieron crecer tan grandes y tan rápido», concluyó Yue. «Debe haber habido algún mecanismo para hacer que un agujero negro ganara masa antes que su galaxia anfitriona en esos primeros mil millones de años.
«Es la primera evidencia que vemos de esto, lo cual es emocionante».
Los resultados del equipo se publican en la Revista Astrofísica.