El agujero negro supermasivo activo más distante jamás encontrado

Cumpliendo su promesa de transformar nuestra comprensión del universo primitivo, Telescopio espacial James Webb está explorando galaxias cercanas al amanecer de los tiempos. Una de esas galaxias es la galaxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existía cuando el universo tenía sólo una fracción de su edad actual. Es una de las galaxias más pequeñas y distantes jamás observadas, y también es una de las más misteriosas. ¿Por qué es tan brillante? Parece que Webb encontró la respuesta.

Los científicos que utilizan Webb para estudiar GN-z11 también han descubierto algunas pruebas tentadoras de estrellas del Grupo III que se encuentran en las afueras de esta remota galaxia. Estas esquivas estrellas, las primeras en traer luz al universo, están hechas exclusivamente de hidrógeno y helio. Nunca se ha hecho un descubrimiento definitivo de tales estrellas, pero los científicos saben que deben existir. Y ahora, con Webb, su descubrimiento parece más cercano que nunca.

Esta imagen tomada con el instrumento NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) de Webb muestra parte del campo de galaxias GOODS-North. En la parte inferior derecha, las nubes resaltan la galaxia GN-z11, vista apenas 430 millones de años después del Big Bang. La imagen revela un componente extendido, que rastrea la galaxia anfitriona GN-z11, y una fuente central cuyos colores coinciden con los del disco de acreción que rodea el agujero negro. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Takela (Cambridge), Marcia Ricci (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Webb revela los secretos de una de las galaxias más distantes jamás vistas

Mirando profundamente en el espacio y el tiempo, usando dos equipos NASAEl telescopio espacial James Webb estudió la galaxia excepcionalmente brillante GN-z11, que existía cuando el universo de 13.800 millones de años tenía sólo unos 430 millones de años.

Descubierta inicialmente utilizando el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta galaxia es una de las galaxias más pequeñas y distantes jamás observadas, y es tan brillante que desafía a los científicos a comprender por qué. Ahora, el GN-z11 revela algunos de sus secretos.

El poderoso agujero negro es el más lejano jamás encontrado

Un equipo que estudia GN-z11 con Webb ha encontrado la primera evidencia clara de que la galaxia alberga una galaxia central masiva. Agujero negro Esta es una rápida acumulación de materia. Su descubrimiento convierte a este en el agujero negro supermasivo activo más distante observado hasta ahora.

“Encontramos gas muy denso, común en las proximidades de agujeros negros supermasivos que acumulan gas”, explicó el investigador principal Roberto Maiolino del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. “Esta fue la primera evidencia clara de que GN-z11 alberga un agujero negro que está devorando materia”.

Utilizando Webb, el equipo también encontró indicios de la presencia de elementos químicos ionizados que normalmente se observan cerca de agujeros negros supermasivos en acreción. Además, descubrieron vientos muy fuertes expulsados ​​por la galaxia. Estos vientos de alta velocidad suelen ser impulsados ​​por procesos asociados con agujeros negros supermasivos que se acumulan agresivamente.

“La cámara web NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) reveló un componente extendido, que rastrea la galaxia anfitriona, y una fuente central compacta cuyos colores coinciden con los colores del disco de acreción que rodea el agujero negro”, dijo la investigadora Hannah Opler, también del equipo de investigación. Laboratorio Cavendish e Instituto Kavli.

En conjunto, esta evidencia muestra que GN-z11 alberga un agujero negro supermasivo de 2 millones de masa solar en una fase muy activa de consumo de materia, razón por la cual es tan brillante.

La masa original de gas en el halo GN-z11 despierta la curiosidad de los investigadores

Un segundo equipo, también dirigido por Maiolino, utilizó el instrumento NIRSpec (espectrómetro de infrarrojo cercano) de Webb para encontrar una masa gaseosa de helio en la corona que rodea a GN-z11.

“El hecho de que no veamos nada más que helio sugiere que esta masa debe ser bastante pura”, dijo Maiolino. “Esto es algo que se habría esperado mediante la teoría y las simulaciones en las proximidades de galaxias particularmente masivas de estas épocas: que deberían quedar bolsas de gas prístino en el halo, y estas bolsas podrían colapsar y formar cúmulos de estrellas del Grupo III”.

Encontrar estrellas del Grupo III nunca antes vistas (la primera generación de estrellas formadas casi exclusivamente a partir de hidrógeno y helio) es uno de los objetivos más importantes de la astrofísica moderna. Se espera que estas estrellas sean muy masivas, muy brillantes y muy calientes. Su firma esperada es la presencia de helio ionizado y la ausencia de elementos químicos más pesados ​​que el helio.

La formación de las primeras estrellas y galaxias representó una transición fundamental en la historia cósmica, a medida que el universo evolucionó desde un estado oscuro y relativamente simple al entorno altamente organizado y complejo que vemos hoy.

En futuras observaciones de Webb, Maiolino, Opler y su equipo explorarán GN-z11 con mayor profundidad y esperan fortalecer los argumentos a favor de las estrellas del tercer grupo que pueden estar formándose en su halo.

el investigación En el bloque de gas original en Halo GN-z11 ha sido aceptado para publicación por Astronomía y astrofísica.. Los resultados del estudio del agujero negro GN-z11 fueron publicados en la revista naturaleza El 17 de enero de 2024. Los datos se adquirieron como parte del Estudio Extragaláctico Profundo Avanzado (JWST) (Jade), un proyecto conjunto entre los equipos NIRCam y NIRSpec.

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.