El telescopio espacial James Webb detecta la colisión de agujeros negros más distante y antigua jamás vista (vídeo)

Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto la fusión más distante entre agujeros negros supermasivos jamás detectada.

Los agujeros negros en colisión están en el corazón de galaxias en fusión que están tan distantes que la colisión se ve como si estuviera ocurriendo apenas 740 millones de años después del Big Bang, cuando el universo de 13.800 millones de años tenía una fracción de su edad actual.

Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que los agujeros negros supermasivos con masas millones o incluso miles de millones de veces la del Sol, que se encuentran en el corazón de las galaxias más grandes, han sido los responsables de impulsar la evolución cósmica. Este nuevo hallazgo del JWST indica que los agujeros negros supermasivos han estado al mando casi desde el principio de los tiempos.

El JWST ha estado descubriendo periódicamente agujeros negros supermasivos en el universo infantil, lo que ha supuesto un problema porque el proceso de fusión que facilita su crecimiento debería llevar períodos superiores a mil millones de años. Estos resultados también podrían ayudar a resolver el inquietante misterio de cómo los agujeros negros supermasivos crecieron hasta alcanzar masas tremendas en una etapa tan temprana de la historia del universo.

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El sistema galáctico ZS7 visto por el telescopio espacial James Webb, que revela los quásares en colisión más distantes jamás vistos. (Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, PG Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al)

“Nuestros hallazgos sugieren que la fusión es una ruta importante a través de la cual los agujeros negros pueden crecer rápidamente, incluso en el amanecer cósmico”, dijo en un comunicado la líder de la investigación y científica de la Universidad de Cambridge, Hannah Übler. “Junto con otros hallazgos de Webb sobre agujeros negros masivos activos en el universo distante, nuestros resultados también muestran que los agujeros negros masivos han estado dando forma a la evolución de las galaxias desde el principio”.

Cuando los cuásares chocan

Los agujeros negros supermasivos que devoran materia se encuentran en el corazón de lo que los astrónomos llaman núcleos galácticos activos (AGN). Desde sus ubicaciones centrales, estos brillantes agujeros negros generan emisiones brillantes conocidas como quásares que a menudo pueden eclipsar la luz combinada de cada estrella en el resto de la galaxia que los rodea.

Estas emisiones electromagnéticas son características que permiten a los astrónomos determinar que se originan al alimentar agujeros negros supermasivos. Estas características sólo pueden determinarse mediante telescopios en órbita alrededor de la Tierra, y para verlas en los quásares más distantes se necesita el ojo infrarrojo extremadamente potente y sensible del JWST.

Para investigar la fusión de cuásares en el universo temprano, Übler y sus colegas se acercaron a un sistema galáctico a unos 12 mil millones de años luz de distancia llamado ZS7 con el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del JWST.

“Encontramos evidencia de gas muy denso con movimientos rápidos en las proximidades del agujero negro, así como de gas caliente y altamente ionizado iluminado por la radiación energética típicamente producida por los agujeros negros en su acreción. [feeding] episodios”, explicó Übler. “Gracias a la nitidez sin precedentes de sus capacidades de obtención de imágenes, el JWST también permitió a nuestro equipo separar espacialmente los dos agujeros negros”.

El JWST se acerca a una colisión entre quásares en la lejana región galáctica ZS7 (Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, PG Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al)

El equipo determinó que uno de los agujeros negros supermasivos implicados en esta fusión tenía una masa equivalente a unos 50 millones de soles. Si bien sospechan que el segundo agujero negro supermasivo tiene una masa similar, los científicos no pudieron confirmarlo de manera concluyente debido al denso gas que lo rodea.

“La masa estelar del sistema que estudiamos es similar a la de nuestro vecino, la Gran Nube de Magallanes”, dijo el miembro del equipo Pablo G. Pérez-González, científico del Centro de Astrobiología (CAB). “Podemos intentar imaginar cómo podría verse afectada la evolución de las galaxias fusionadas si cada galaxia tuviera un agujero negro supermasivo tan grande o mayor que el que tenemos en la Vía Láctea”.

La vista completa de la región galáctica ZS7 vista por el Telescopio Espacial James Webb. (Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, PG Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al)

Cuando los dos agujeros negros supermasivos finalmente se fusionaron, habrían provocado que la estructura misma del espacio vibrara con pequeñas ondas llamadas ondas gravitacionales. Estos irradiarán hacia afuera desde la colisión a la velocidad de la luz y posiblemente podrían ser detectados por la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales.

Esto podría incluir el primer sistema espacial, la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA), un conjunto de tres naves espaciales desarrollado por la NASA y la Agencia Espacial Europea (ESA) y cuyo lanzamiento está previsto para 2035.

“Los resultados del JWST nos dicen que los sistemas más ligeros detectables por LISA deberían ser mucho más frecuentes de lo que se suponía anteriormente”, dijo la científica principal del proyecto LISA de la ESA, Nora Luetzgendorf. “Lo más probable es que nos haga ajustar nuestros modelos a las tasas de LISA en este rango de masa. Esto es sólo la punta del iceberg.”

Incluso antes del lanzamiento de LISA, el JWST seguirá investigando los primeros agujeros negros supermasivos. A partir de este verano, un programa de operaciones del Ciclo 3 del telescopio de 10 mil millones de dólares examinará la relación entre los agujeros negros masivos y sus galaxias anfitrionas en los primeros mil millones de años después del Big Bang. Esto incluirá la búsqueda y caracterización de fusiones.

Esto podría indicar a los científicos a qué velocidad colisionan los agujeros negros supermasivos y si esto es suficiente para explicar su rápido crecimiento en el cosmos primitivo.

La investigación del equipo fue publicada el jueves (16 de mayo) en la revista The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

 
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