Vista ampliada de las imágenes tomadas por el telescopio espacial James Webb en el infrarrojo cercano como parte de la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Crédito: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin).
Los científicos han descubierto el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST). La galaxia CEERS 1019 existió unos 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.
Además del agujero negro en CEERS 1019, los científicos han identificado dos agujeros negros más que están en el lado más pequeño y existieron 1000 millones y 1100 millones de años después del Big Bang. JWST también identificó once galaxias que existieron cuando el universo tenía entre 470 y 675 millones de años.
La evidencia fue proporcionada por JWST Ciencia de la evolución cósmica de lanzamiento temprano (CEERS)., dirigido por Steven Finkelstein, profesor de astronomía en la Universidad de Texas en Austin. El programa combina imágenes JWST de infrarrojo cercano y medio altamente detalladas y datos conocidos como espectros, todos los cuales se utilizaron para hacer estos descubrimientos.
“Mirar este objeto distante con este telescopio es muy similar a mirar datos de agujeros negros que existen en galaxias cercanas a la nuestra”, dijo Rebecca Larson, una estudiante reciente de doctorado. un estudiante graduado de UT Austin que dirigió el estudio. “Hay tantas líneas espectrales para analizar”.
El equipo publicó estos resultados en varios artículos preliminares en un número especial Cartas de una revista de astrofísica.
CEERS 1019 es notable no solo por cuánto tiempo existió, sino también por lo relativamente liviano que pesa su agujero negro. Tiene alrededor de 9 millones de masas solares, mucho menos que otros agujeros negros que también existieron en el universo primitivo y que han sido detectados por otros telescopios. Estos gigantes suelen tener una masa de más de mil millones de masas solares y son más fáciles de detectar porque son mucho más brillantes. El agujero negro en CEERS 1019 se parece más al agujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea, que tiene una masa 4,6 millones de veces mayor que la del sol.
Aunque más pequeño, este agujero negro existió mucho antes, por lo que aún es difícil explicar cómo se formó tan pronto después de la creación del universo. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los agujeros negros más pequeños deben haber existido antes en el universo, pero no fue hasta que JWST comenzó a observar que pudieron hacer descubrimientos definitivos.
El equipo no solo pudo descifrar qué emisiones en el espectro provenían del agujero negro y cuáles de su galaxia anfitriona, sino que también pudieron determinar cuánto gas absorbía el agujero negro y la tasa de formación de estrellas en su galaxia.
El equipo descubrió que esta galaxia está consumiendo tanto gas como puede mientras produce nuevas estrellas. Recurrieron a las imágenes para explorar por qué esto es así. Visualmente, CEERS 1019 aparece como tres cúmulos brillantes en lugar de un solo disco circular.
Un equipo de científicos dirigido por Steven Finkelstein y Rebecca Larson de la Universidad de Texas en Austin ha identificado el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha como parte de la encuesta CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) del Telescopio Espacial James Webb. El agujero negro en la galaxia CEERS 1019 existió poco más de 570 millones de años después del Big Bang y es mucho menos masivo que otros agujeros negros encontrados previamente en el universo primitivo. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
“No estamos acostumbrados a ver tantas estructuras en imágenes a tales distancias”, dijo el miembro del equipo CEERS Jeyhan Kartaltepe, profesor de astronomía en el Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York. “La fusión de galaxias puede ser en parte responsable de alimentar la actividad de los agujeros negros en esa galaxia, y esto también puede conducir a una mayor formación de estrellas”.
Estos son solo los primeros resultados innovadores del estudio CEERS. “Hasta ahora, el estudio de los objetos en el universo primitivo ha sido en gran medida teórico”, dijo Finkelstein. “Gracias a Webb, no solo podemos ver agujeros negros y galaxias desde distancias extremas, ahora podemos comenzar a medirlos con precisión. Ese es el gran poder de este telescopio”.
Es posible que, en el futuro, los datos del JWST también puedan usarse para explicar cómo se formaron los primeros agujeros negros mediante la revisión de los modelos científicos de crecimiento y evolución de los agujeros negros durante los primeros cientos de millones de años de la historia del universo.
El Telescopio Espacial James Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense.
Agujeros negros y galaxias más distantes
El estudio CEERS es extenso y hay mucho más por descubrir. 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, en la galaxia CEERS 2782, fue el más fácil de detectar. No hay polvo que oscurezca la vista del JWST, por lo que los investigadores pudieron determinar de inmediato cuándo existió el 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 de gas y polvo que rodea el agujero negro supermasivo, aún está parcialmente oscurecido por el polvo.
“El agujero negro central es visible, pero la presencia de polvo sugiere que puede estar en una galaxia que también está bombeando estrellas con furia”, explicó Kocevski.
Este gráfico muestra las detecciones de los agujeros negros supermasivos activos más distantes conocidos actualmente en el universo. Tres, incluido el más distante (en la galaxia CEERS 1019), fueron identificados recientemente por el estudio CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) del telescopio espacial James Webb. Los nuevos agujeros negros CEERS son mucho más pequeños que los detectados previamente en el universo primitivo. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI).
Al igual que el de CEERS 1019, otros dos agujeros negros recientemente descritos (en las galaxias CEERS 2782 y CEERS 746) también son “ligeros”, al menos en comparación con los agujeros negros supermasivos conocidos anteriormente a estas distancias. Son sólo unas 10 millones de veces más masivos que el Sol.
“Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los agujeros negros de menor masa deben haber existido en el universo primitivo. Webb es el primer observatorio que los captura con tanta claridad”, dijo Kocevski. “Ahora pensamos que los agujeros negros de menor masa podrían estar en todas partes, esperando ser descubiertos”.
Antes de JWST, los tres agujeros negros eran demasiado débiles para ser detectados. “Con otros telescopios, estos objetivos parecen galaxias ordinarias con brotes estelares, no agujeros negros supermasivos activos”, agregó Finkelstein.
Los espectros sensibles de JWST también permitieron a los científicos medir las distancias exactas y, por lo tanto, las edades de las galaxias en el universo primitivo. Los miembros del equipo Pablo Arrabal Haro de la Fundación Nacional de Ciencias NOIRLab y Seiji Fujimoto, becario postdoctoral y miembro del Hubble en UT Austin, identificaron 11 galaxias que existieron entre 470 y 675 millones de años después del Big Bang. No solo son extremadamente distantes, sino que el hecho de que se hayan detectado tantas galaxias brillantes es notable. Los investigadores teorizaron que el JWST detectaría menos galaxias de las que hay a estas distancias.
“Estoy abrumado por la cantidad de espectros muy detallados de galaxias lejanas enviados por Webb”, dijo Arrabal Haro. “Estas cifras 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 descubrir 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.
El equipo ha publicado varios artículos preliminares sobre los datos de la encuesta CEERS edición especial titulada Cartas de una revista de astrofísica 6 de julio: “Un descubrimiento de CEERS de un agujero negro supermasivo acrecentado 570 millones de años después del Big Bang: identificación de un progenitor de masivo con> 6 cuásares”, presentado por Larson, “Pequeños monstruos ocultos: identificación espectroscópica de baja masa, amplia- Line AGN wz> 5 de CEERS” de Kocevski, “CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-selected galaxys at z≃8-10” de Arrabal Haro, y “CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-Selected z ≳ 8 Galaxy Candidates from JWST/ NIRSpec: Caracterización preliminar de sus propiedades”, liderado por Fujimoto.
Proporcionado por la Universidad de Texas en Austin