Cuando se lanzó el telescopio espacial James Webb el día de Navidad de 2021, se enfrentó a una gran cantidad de preguntas intrigantes. Cuando finalmente se lanzó, los astrónomos tenían una gran lista de objetivos que pedían a gritos el tipo de observaciones detalladas que solo el poderoso telescopio espacial infrarrojo podía realizar.
Uno de los objetivos era una galaxia antigua y masiva que está básicamente muerta y no forma nuevas estrellas.
Los resultados ya están disponibles y un equipo internacional de astrónomos sabe qué le pasó a la galaxia inactiva.
El crecimiento y la evolución de las galaxias es un campo de estudio clave en astronomía. ¿Cómo llegamos desde la Gran Explosión ¿Hasta hoy, cuando galaxias masivas como nuestra Vía Láctea pueblan el Universo? Los astrónomos han aprendido que agujeros negros supermasivos Los SMBH residen en el corazón de galaxias masivas y han dado forma a sus galaxias de maneras poderosas.
Los SMBH crean poderosas núcleos galácticos activos (AGN) en los núcleos de las galaxias. A medida que un SMBH atrae material hacia sí, este se acumula en un disco de acreción. El material se calienta a temperaturas extremadamente altas y emite energía a lo largo del espectro electromagnético, creando un AGN que puede eclipsar al resto de la galaxia.
Los AGN son objetos poderosos. Según la teoría, tienen el poder de interrumpir el suministro de gas frío formador de estrellas y de reducir drásticamente la tasa de formación estelar (SFR) en su galaxia anfitriona. Expulsan vientos de gas formador de estrellas fuera de sus galaxias, lo que reduce la SFR. Los astrónomos llaman a esto templey se observa con frecuencia en galaxias masivas llamadas galaxias quiescentes.
Ahora, el JWST ha observado una antigua galaxia masiva llamada GS-10578 en corrimiento al rojo el = 3.064. Se la conoce como la “galaxia de Pablo” y, para ser una etapa tan temprana en la evolución del universo, es enorme: contiene alrededor de dos mil millones de masas solares.
Pero la galaxia de Pablo está apagada, lo que significa que la mayor parte de su formación estelar ocurrió entre 12.500 y 11.500 millones de años atrás. Muchas galaxias masivas locales están apagadas, lo que ayudó a impulsar el desarrollo de la teoría de Extinción de AGN.
Un equipo de científicos ha presentado su investigación sobre la Galaxia de Pablo en un nuevo artículo titulado “Una galaxia de rápida rotación posterior a un brote estelar extinguida por la retroalimentación de un agujero negro supermasivo en el = 3.” El artículo se publica en Astronomía de la naturalezay el coautor principal es Francesco D’Eugenio del Instituto Kavli de Cosmología y el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
“Encontramos al culpable. El agujero negro “Está matando a esta galaxia y manteniéndola inactiva, cortando la fuente de ‘alimento’ que la galaxia necesita para formar nuevas estrellas”.
Francesco D’Eugenio, Instituto Kavli de Cosmología, Universidad de Cambridge, Reino Unido
“Las galaxias locales, masivas y en reposo se alzan como colosales ruinas de gloriosas pero remotas historias de formación estelar y de extinción rápida y poderosa, como no tienen parangón en la actualidad”, escriben los autores. “El telescopio espacial James Webb (JWST) nos ha permitido por primera vez observar estas monumentales galaxias durante la época ya lejana en la que surgieron y desaparecieron”.
“Basándonos en observaciones anteriores, sabíamos que esta galaxia estaba en un estado extinguido: no está formando muchas estrellas dado su tamaño, y esperamos que haya un vínculo entre el agujero negro y el final de la formación estelar”, dijo el coautor principal, el Dr. Francesco D’Eugenio, del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. “Sin embargo, hasta Webb, no habíamos podido estudiar esta galaxia con suficiente detalle como para confirmar ese vínculo, y no sabíamos si este estado de extinción era temporal o permanente”.
“En el universo primitivo, la mayoría de las galaxias estaban formando muchas estrellas, por lo que es interesante ver una galaxia muerta tan masiva en este período de tiempo”, dijo el coautor, el profesor Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli de Cosmología. “Si tuvo tiempo suficiente para alcanzar este tamaño masivo, el proceso que detuvo la formación de estrellas probablemente ocurrió relativamente rápido”.
La Galaxia de Pablo a veces se llama ‘pepita azuluna clase de galaxias que se cree que existió solo en el Universo primitivo. Las pepitas azules son masivas y extremadamente compactas, y los astrónomos creen que son precursoras de las modernas galaxias inactivas llamadas ‘Pepitas rojas.’
Las galaxias nuggets azules están experimentando una “compactación rica en gas”. Eso significa que hay un estallido central de formación estelar impulsado por la inestabilidad del disco o por grandes fusiones ricas en gas. A ese estallido le sigue una extinción, que da lugar a una galaxia nugget roja.
“Como demostraremos, GS-10578 es, en cambio, una pepita roja en una fase avanzada de extinción”, escriben los autores. Explican que se está fusionando con varias galaxias satélite de baja masa y “está experimentando una potente retroalimentación eyectiva de su SMBH”.
Los investigadores dicen que tienen evidencia directa de que la retroalimentación de los AGN puede extinguir la formación de estrellas en las galaxias tempranas. Observaciones anteriores con otros telescopios muestran que las galaxias tienen vientos de gas que salen rápidamente. Ese gas es caliente, lo que hace que sea más fácil de ver, pero no proporcionó evidencia de que los SMBH y los AGN puedan extinguir la formación de estrellas. Esto se debe a que el gas es caliente y las estrellas se forman a partir de gas frío y denso.
La galaxia de Pablo no es diferente. Está expulsando grandes cantidades de gas caliente a velocidades lo suficientemente altas como para escapar completamente de la galaxia. El SMBH y su AGN están expulsando el gas.
Pero el JWST marcó la diferencia en estas nuevas observaciones. Observó un nuevo componente del viento saliente hecho de gas frío. El gas frío no emite luz, pero el JWST es extremadamente sensible y puede detectarlo por la forma en que bloquea la luz de las galaxias distantes en el fondo. Un aspecto crítico es que sin gas frío, una galaxia tiene dificultades para formar estrellas y se extingue.
La cantidad de gas expulsado por los vientos impulsados por los AGN es mayor que la cantidad necesaria para formar nuevas estrellas.
“Hemos encontrado al culpable”, afirma D’Eugenio. “El agujero negro está matando a esta galaxia y manteniéndola inactiva, cortando la fuente de ‘alimento’ que la galaxia necesita para formar nuevas estrellas”.
Son resultados muy interesantes, pero los autores advierten de que se trata de una sola galaxia. “GS-10578 representa una oportunidad única para estudiar cómo las galaxias más masivas del Universo se volvieron y permanecieron inactivas”, explican los autores en su investigación.
“Aunque no podemos sacar conclusiones generales a partir de un único objetivo, demostramos que la retroalimentación de los AGN es capaz de generar flujos de gas neutro con alta velocidad y alta carga de masa, suficiente para interrumpir la formación de estrellas al eliminar su combustible de gas frío”.
También quedan algunas preguntas pendientes. Otras galaxias similares a la de Pablo también muestran que los vientos de salida de gas frío podrían ser clave para la extinción de las galaxias.
“Aún no está claro cómo se relacionan exactamente estas expulsiones con el AGN”, escriben los autores. Explican que sólo un censo de galaxias similares puede decirnos si estas fuertes expulsiones de gas formador de estrellas son un mecanismo clave para provocar la extinción o si la expulsión de gas es meramente episódica.
El JWST también respondió a otra pregunta pendiente sobre las galaxias extinguidas. Nuestros modelos teóricos mostraron que cuando se extinguía la formación estelar de una galaxia, se producía un evento turbulento que destruía violentamente la forma de la galaxia. La galaxia de Pablo todavía muestra la majestuosa forma de disco de una galaxia sin problemas. Sus estrellas se mueven de forma uniforme y predecible.
El JWST está funcionando exactamente como estaba previsto. Al permitirnos ver el Universo antiguo, está respondiendo a muchas preguntas que se planteaban desde hace mucho tiempo en astronomía, astrofísica y cosmología.
“Sabíamos que agujeros negros “Tienen un impacto masivo en las galaxias, y quizás es común que detengan la formación de estrellas, pero hasta Webb, no pudimos confirmar esto directamente”, dijo Maiolino.
“Es otra forma en la que Webb supone un gran avance en términos de nuestra capacidad para estudiar el Universo primitivo y cómo evolucionó”.
Este artículo fue publicado originalmente por El universo hoy. Lea el Artículo original.