Un grupo de investigación internacional liderado por el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) y compuesto por 34 institutos de investigación y universidades de todo el mundo utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) a bordo del telescopio espacial James Webb (JWST) para presenciar la dramática interacción entre un cuásar. dentro del sistema PJ308-21 y dos galaxias satélite masivas en el universo distante.
Las observaciones, realizadas en septiembre de 2022, revelaron detalles impresionantes y sin precedentes, proporcionando nuevos conocimientos sobre el crecimiento de las galaxias en el universo primitivo. Los resultados, presentados el 5 de julio durante la reunión de la Sociedad Astronómica Europea (EAS 2024) en Padua (Italia), se publicarán próximamente en Astronomy & Astrophysics.
Las observaciones de este cuásar (ya descrito por los mismos autores en otro estudio publicado el pasado mes de mayo), uno de los primeros estudiados con NIRSpec cuando el universo tenía menos de mil millones de años (desplazamiento al rojo z = 6,2342), han revelado datos de una calidad sensacional: el instrumento «capturó» el espectro del cuásar con una incertidumbre inferior al 1% por píxel.
La galaxia anfitriona de PJ308-21 muestra una alta metalicidad y condiciones de fotoionización típicas de un núcleo galáctico activo (AGN), mientras que una de las galaxias satélite exhibe una baja metalicidad (que se refiere a la abundancia de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio) y fotoionización inducida. por formación de estrellas; una mayor metalicidad caracteriza a la segunda galaxia satélite, que está parcialmente fotoionizada por el cuásar.
El descubrimiento ha permitido a los astrónomos determinar la masa del agujero negro supermasivo situado en el centro del sistema (unos 2.000 millones de masas solares). También confirmó que tanto el cuásar como las galaxias circundantes están muy evolucionados en enriquecimiento de masa y metales, y en constante crecimiento.
Esto tiene profundas implicaciones para nuestra comprensión de la historia cósmica y la evolución química de las galaxias, lo que destaca el impacto transformador de esta investigación.
Roberto Decarli, investigador del INAF de Bolonia y primer autor del artículo, explica: «Nuestro estudio revela que tanto los agujeros negros en el centro de los quásares de alto corrimiento al rojo como las galaxias que los albergan experimentan un crecimiento extremadamente eficiente y tumultuoso ya en el primeros mil millones de años de historia cósmica, ayudados por el rico entorno galáctico en el que se forman estas fuentes».
Los datos se obtuvieron en septiembre de 2022 como parte del Programa 1554, uno de los nueve proyectos liderados por Italia del primer ciclo de observación del JWST. Decarli lidera este programa para observar la fusión entre la galaxia que alberga el cuásar (PJ308-21) y dos de sus galaxias satélites.
Las observaciones se llevaron a cabo en modo de espectroscopía de campo integral: para cada píxel de la imagen se puede observar el espectro de toda la banda óptica (en el marco de reposo de la fuente), desplazada hacia el infrarrojo por la expansión del universo. Esto permite el estudio de varios trazadores de gas (líneas de emisión) utilizando un enfoque 3D.
Gracias a esta técnica, el equipo liderado por el INAF detectó emisiones espacialmente extendidas de diferentes elementos, con las que se estudiaron las propiedades del medio interestelar ionizado, incluida la fuente y dureza del campo de radiación fotoionizante, la metalicidad, el oscurecimiento del polvo, la densidad electrónica y temperatura y tasa de formación de estrellas.
Además, los investigadores detectaron marginalmente la emisión de luz estelar asociada con fuentes compañeras.
Federica Loiacono, astrofísica, investigadora y postdoc del INAF, afirma: «Gracias a NIRSpec, por primera vez podemos estudiar en el sistema PJ308-21 la banda óptica, rica en valiosos datos de diagnóstico sobre las propiedades del gas cercano al negro agujero en la galaxia que alberga el quásar y en las galaxias circundantes.
«Podemos ver, por ejemplo, la emisión de átomos de hidrógeno y compararla con los elementos químicos producidos por las estrellas para establecer qué tan rico es el gas de las galaxias en metales.
«La experiencia en la reducción y calibración de estos datos, algunos de los primeros recopilados con NIRSpec en modo de espectroscopia de campo integral, ha garantizado una ventaja estratégica para la comunidad italiana en la gestión de datos similares de otros programas». Loiacono es la persona de contacto italiana para la reducción de datos NIRSpec en el Centro de soporte INAF JWST.
Y añade: «Gracias a la sensibilidad del telescopio espacial James Webb en el infrarrojo cercano y medio, fue posible estudiar el espectro del cuásar y de las galaxias compañeras con una precisión sin precedentes en el universo distante. Sólo la excelente ‘visión’ que ofrece JWST, con sus capacidades incomparables, puede garantizar estas observaciones».
El trabajo representó una verdadera «montaña rusa emocional», continúa Decarli, «con la necesidad de desarrollar soluciones innovadoras para superar las dificultades iniciales en la reducción de datos».
Este impacto transformador de los instrumentos a bordo del Telescopio Espacial James Webb subraya su papel crucial en el avance de la investigación astrofísica.
«Hasta hace un par de años, los datos sobre el enriquecimiento de metales (fundamentales para comprender la evolución química de las galaxias) estaban casi fuera de nuestro alcance, especialmente a estas distancias. Ahora podemos mapearlos en detalle con sólo unas pocas horas de observación. incluso en galaxias observadas cuando el universo estaba en su infancia», concluye Decarli.
Con información de arXiv
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