Webb descubre secretos de la galaxia primitiva

Mirando profundamente en el espacio y el tiempo, dos equipos que utilizan el telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA han estudiado la galaxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existía cuando nuestro universo de 13.800 millones de años tenía sólo unos 430 millones de años.

Cumpliendo su promesa de transformar nuestra comprensión del universo primitivo, el Telescopio Espacial James Webb está sondeando galaxias cercanas al comienzo de los tiempos. Una de ellas es la galaxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existía cuando el universo tenía sólo una pequeña fracción de su edad actual. Detectada inicialmente con el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, es una de las galaxias más jóvenes y distantes jamás observadas, y también una de las más enigmáticas. ¿Por qué es tan brillante? Webb parece haber encontrado la respuesta.

Un equipo que estudia GN-z11 con Webb encontró la primera evidencia clara de que la galaxia alberga un agujero negro supermasivo central que está acumulando materia rápidamente. Su hallazgo convierte a este en el agujero negro supermasivo activo más distante detectado hasta la fecha.

«Encontramos gas extremadamente denso, común en las proximidades de agujeros negros supermasivos, que acumula gas», explicó el investigador principal Roberto Maiolino, del Laboratorio Cavendish y del Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. «Estas fueron las primeras señales claras de que GN-z11 alberga un agujero negro que está devorando materia».

Utilizando Webb, el equipo también encontró indicios de elementos químicos ionizados que normalmente se observan cerca de agujeros negros supermasivos en acreción. Además, descubrieron que la galaxia está expulsando un viento muy poderoso. Estos vientos de alta velocidad suelen ser impulsados por procesos asociados con agujeros negros supermasivos que se acumulan vigorosamente.

«La NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) de Webb ha revelado un componente extendido que rastrea la galaxia anfitriona y una fuente central compacta cuyos colores son consistentes con los de un disco de acreción que rodea un agujero negro», dijo la investigadora Hannah Übler, también del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli.

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

Un segundo equipo, también dirigido por Maiolino, utilizó el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb para encontrar una masa gaseosa de helio en el halo que rodea al GN-z11.

«El hecho de que no veamos nada más que helio sugiere que este grupo debe ser bastante prístino», dijo Roberto. «Esto es algo que la teoría y las simulaciones esperaban en las proximidades de galaxias particularmente masivas de estas épocas: que debería haber bolsas de gas prístino sobreviviendo en el halo, y éstas podrían colapsar y formar cúmulos estelares de Población III».

Encontrar las estrellas de Población III, hasta ahora invisibles, la primera generación de estrellas formadas casi en su totalidad 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 luminosas y muy calientes. Su firma sería la presencia de helio ionizado y la ausencia de elementos químicos más pesados que el helio.

La formación de las primeras estrellas y galaxias marca un cambio fundamental en la historia cósmica, durante la cual el universo evolucionó desde un estado oscuro y relativamente simple hasta el entorno altamente estructurado y complejo que vemos hoy.

En futuras observaciones de Webb, Roberto, Hannah y su equipo explorarán GN-z11 con mayor profundidad y esperan fortalecer los argumentos a favor de las estrellas de Población III que pueden estar formándose en su halo.

La investigación sobre la prístina masa de gas en el halo de GN-z11 ha sido aceptada para su publicación en Astronomy & Astrophysics y actualmente está disponible en el servidor de preimpresión arXiv. Los resultados del estudio del agujero negro GN-z11 se publicaron en la revista Nature el 17 de enero de 2024.

Con información de arXiv