Este campo profundo de galaxias de la NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb muestra un sistema de 10 galaxias distantes marcadas por ocho círculos blancos en una línea diagonal similar a un hilo. (Dos de los círculos contienen más de una galaxia). Este filamento de 3 millones de años luz está anclado por un cuásar muy distante y brillante, una galaxia con un agujero negro supermasivo activo en su núcleo. El cuásar, llamado J0305-3150, aparece en el centro del grupo de tres círculos a la derecha de la imagen. Su brillo eclipsa a su galaxia anfitriona. Las 10 galaxias marcadas existieron solo 830 millones de años después del Big Bang. El equipo cree que el filamento eventualmente se convertirá en un cúmulo masivo de galaxias. Crédito: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (Universidad de Arizona); procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)
Las galaxias no están dispersas al azar por todo el universo. Se acumulan no solo en grupos, sino también en vastas estructuras fibrosas interconectadas con gigantescos vacíos estériles en el medio. Esta “telaraña cósmica” era tenue al principio y se hizo más pronunciada con el tiempo a medida que la gravedad unía la materia.
Usando el Telescopio Espacial James Webb, los astrónomos han descubierto un sistema filiforme de 10 galaxias que existió solo 830 millones de años después del Big Bang. La estructura de 3 millones de años luz está anclada por un quásar resplandeciente, una galaxia con un agujero negro supermasivo activo en su núcleo. El equipo cree que el filamento eventualmente se convertirá en un cúmulo masivo de galaxias, similar al conocido cúmulo Coma en el universo cercano.
“Me sorprendió lo larga y angosta que es esta fibra”, dijo Xiaohui Fan, miembro del equipo de la Universidad de Arizona en Tucson. “Esperaba encontrar algo, pero no esperaba una estructura tan larga y claramente delgada”.
“Esta es una de las estructuras filamentosas más antiguas que los humanos hayan encontrado asociadas con un cuásar distante”, agregó Feige Wang, de la Universidad de Arizona en Tucson, investigador principal del programa.
El descubrimiento proviene del proyecto ASPIRE (A SPectroscopic Study of Bias Halos in the Reionization Era), cuyo principal objetivo es estudiar el entorno cósmico de los primeros agujeros negros. En total, el programa observará 25 cuásares que existieron durante los primeros mil millones de años después del Big Bang, un tiempo conocido como época de reionización.
“Las últimas dos décadas de investigación en cosmología nos han dado una sólida comprensión de cómo se forma y evoluciona la red cósmica. ASPIRE tiene como objetivo comprender cómo incorporar la aparición de los primeros agujeros negros masivos en nuestra historia actual de formación de estructuras cósmicas”, explicó el miembro del equipo Joseph Hennawi de la Universidad de California, Santa Bárbara.
Esta imagen de la brújula muestra el campo profundo de la galaxia captado por la NIRCam (Cámara de infrarrojo cercano) de Webb para el programa ASPIRE. El campo incluye un cuásar, llamado J0305-3150, cuyo brillo eclipsa a su galaxia anfitriona. En la esquina inferior derecha hay flechas de brújula que indican la orientación de la imagen en el cielo. Debajo de la imagen hay una clave de color que muestra qué filtros NIRCam se usaron para crear la imagen y qué color de luz visible se asigna a cada filtro. Crédito: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (Universidad de Arizona) y Joseph DePasquale (STScI)
monstruos en crecimiento
La siguiente parte del estudio analiza las propiedades de ocho cuásares en el universo joven. El equipo confirmó que sus agujeros negros centrales, que existieron menos de mil millones de años después del Big Bang, tienen masas entre 600 millones y 2 mil millones de masas solares. Los astrónomos todavía están buscando evidencia para explicar cómo estos agujeros negros pueden crecer tan rápido.
“Para formar estos agujeros negros supermasivos en tan poco tiempo, se deben cumplir dos criterios. Primero, debe comenzar a crecer a partir de una “semilla” de agujero negro masivo. En segundo lugar, incluso si esta semilla comienza con una masa equivalente a mil soles, todavía tiene que acumular un millón de veces más materia al ritmo máximo posible a lo largo de su vida”, explicó Wang.
“Estas observaciones sin precedentes proporcionan pistas importantes sobre cómo se forman los agujeros negros. Aprendimos que estos agujeros negros residen en galaxias jóvenes y masivas que proporcionan una reserva de combustible para su crecimiento”, dijo Jinyi Yang de la Universidad de Arizona, quien lidera la investigación de agujeros negros con ASPIRE.
Webb también proporcionó la mejor evidencia hasta el momento de cómo los primeros agujeros negros supermasivos regulan potencialmente la formación de estrellas en sus galaxias. Si bien los agujeros negros supermasivos acumulan materia, también pueden impulsar enormes salidas de materia. Estos vientos pueden extenderse mucho más allá del propio agujero negro a escala galáctica y pueden tener un impacto significativo en la formación de estrellas.
“Los fuertes vientos de los agujeros negros pueden inhibir la formación de estrellas en su galaxia anfitriona. Tales vientos se han observado en el universo cercano, pero nunca se han observado directamente en la época de reionización”, dijo Yang. “La escala del viento está relacionada con la estructura del cuásar. En las observaciones de Webb, vemos que tales vientos existieron en el universo primitivo”.
Estos resultados fueron publicados en dos artículos en Cartas de una revista de astrofísica 29 de junio.