Desde su lanzamiento el 25 de diciembre de 2021 (¡todo un regalo de Navidad!), el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha tomado las imágenes más nítidas y detalladas del Universo, ¡superando incluso a su predecesor, el venerable Telescopio Espacial Hubble! Pero lo que es especialmente emocionante son los tipos de observaciones que podemos esperar, donde el JWST utilizará sus capacidades avanzadas para abordar algunos de los misterios cosmológicos más apremiantes. Por ejemplo, está el problema que presentan los agujeros negros supermasivos (SMBH, por sus siglas en inglés) con alto corrimiento al rojo o los cuásares que brillan intensamente que existieron durante los primeros mil millones de años del Universo.
Hasta la fecha, los astrónomos no han podido determinar cómo se pudieron formar los SMBH tan pronto después del Big Bang. Parte del problema ha sido que, hasta hace poco, las estrellas en las galaxias anfitrionas con valores de corrimiento al rojo de Z>2 (dentro de 10.324 mil millones de años luz) han sido esquivas. Pero gracias al JWST, un equipo internacional de astrónomos observó recientemente estrellas en cuásares en Z>6 (dentro de 12.716 mil millones de años luz) por primera vez. Sus observaciones finalmente podrían permitir a los astrónomos evaluar los procesos en los primeros cuásares que gobernaron la formación y evolución de los primeros SMBH.
El equipo estaba formado por astrónomos de múltiples institutos, universidades y observatorios en Japón, China, Europa, Reino Unido, Estados Unidos, Brasil, Taiwán e Israel. Las instituciones notables incluyen los Institutos Kavli, los Institutos Max-Planck, el Instituto de Astrofísica de París (IAP) y observatorios como el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), el Observatorio W. M. Keck, el Observatorio Steward, el Observatorio de Leiden. , y otros. Su estudio, «Primeras detecciones de luz estelar de galaxias anfitrionas de cuásares en z>6», está siendo revisado para su publicación en la revista Nature.
Antes del JWST, las observaciones de galaxias con alto corrimiento al rojo estaban limitadas por la calidad de los datos y no podían proporcionar la función de dispersión de puntos (PSF) de alta calidad necesaria. Esto describe la capacidad de un sistema óptico para obtener imágenes enfocadas y de alta resolución de una fuente de luz puntual distante. Para arrojar algo de luz sobre las nuevas observaciones, Universe Today habló con el líder del proyecto y autor principal Xuheng Ding (Kavli PMU) y los coautores Masafusa Onoue (Kavli PMU/Instituto Max Planck de Astronomía) y John D. Silverman (Kavli PMU/Universidad de Tokio). Según relataron vía correo electrónico:
“Básicamente, para revelar la galaxia anfitriona de un cuásar, se debe realizar la descomposición de la imagen cuásar+anfitrión. El cuásar es una fuente puntual que no está resuelta y puede describirse mediante una PSF escalada. Por lo general, esta información de PSF proviene de estrellas aisladas en el campo de visión.
“Además, el JWST tiene datos de mayor resolución y puede observar la longitud de onda más roja en comparación con el HST para permitir este estudio a la muestra de mayor corrimiento al rojo. Otra ventaja de este programa es que propusimos observar el cuásar de menor luminosidad, lo que facilita la sustracción de imágenes de cuásar”.
Los cuásares que seleccionaron para su investigación fueron J2255+0251 y J2236+0032, dos cuásares de luminosidad relativamente baja con desplazamientos al rojo de 6,34 y 6,40. Esto corresponde a una distancia de aproximadamente 13,43657 y 13,5637 mil millones de años luz (cuando la luz que vemos dejó estos objetos), o 24,876 y 25,11 mil millones de años luz en la actualidad. Estos cuásares se identificaron por primera vez como parte de una encuesta conocida como Exploración Subaru High-z de Quasars de baja luminosidad (SHELLQ). Esta encuesta utilizó el instrumento HSC del Telescopio Subaru para observar 162 cuásares de baja luminosidad que existieron mil millones de años después del Big Bang.
Estos cuásares ahora son objeto de observaciones de seguimiento por parte del programa JWST para estudiar galaxias de alto corrimiento al rojo y observar las estrellas en sus discos por primera vez. Para su estudio, el equipo examinó los datos obtenidos por la cámara de infrarrojo cercano JWST (NIRCam), y luego modeló y sustrajo el resplandor de los propios cuásares. Luego compararon sus observaciones con estudios de cuásares anfitriones simulados con un alto corrimiento al rojo. El equipo notó algunas características interesantes sobre estos cuásares y sus SMBH que los distinguen de otras galaxias tempranas.
“Los resultados muestran que las galaxias anfitrionas de estos dos cuásares son masivas y compactas”, dijeron Ding y sus colegas. «Las posiciones centrales están compensadas con los cuásares, posiblemente debido a la atenuación desigual del polvo o pueden indicar que estos SMBH aún no están en el centro del pozo de potencial gravitatorio».
Esto es similar a las observaciones recientes de galaxias anfitrionas de cuásares Z>6 que se basaron en el Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA). Estas observaciones también notaron compensaciones en los primeros cuásares entre los SMBH centrales y el gas, el polvo y las estrellas interestelares circundantes. El equipo también señala que estas compensaciones pueden deberse a las asimetrías generadas por las fuerzas de las mareas, posiblemente debido a las interacciones de las galaxias o la acumulación de grumos de gas frío. El equipo probará estas hipótesis en otros artículos basados en datos del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de JWST de 12 cuásares primitivos. Como Ding y sus colegas dijeron:
“La importancia de este primer artículo destaca el tremendo poder de JWST y la prueba de que es posible la detección del huésped del cuásar en z>6. Eventualmente, nuestro programa establecerá las primeras mediciones del cuásar z~6 de la masa estelar anfitriona y la relación de masa SMBH, que se utilizarán para comprender su coevolución de la galaxia y su SMBH central. Estos trabajos también serán útiles para comprender el origen de SMBH en el Universo primitivo”.
Con información de UniverseToday.com
