Los agujeros negros supermasivos activos muy distantes son los faros más brillantes del universo. Conocidos como cuásares , estos gigantes están rodeados por galaxias igualmente distantes. En las últimas décadas, los investigadores se han embarcado en una búsqueda del tesoro cósmico e identificaron los tres cuásares más distantes conocidos en los últimos tres años, cada uno a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra. Los astrónomos teorizan que pueden tomar miles de millones de años para que se formen los agujeros negros supermasivos y las galaxias que los acompañan. ¿Cómo es posible que estos cuásares se volvieran tan gigantes, con miles de millones de masas solares, en los primeros 700 millones de años del universo? Una vez que puedas ver más allá de su resplandor, ¿cómo se ven las galaxias que las acompañan? ¿Y cómo son sus “barrios”?
Estas son preguntas que Xiaohui Fan y Jinyi Yang, ambos de la Universidad de Arizona, y Eduardo Bañados, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, con un equipo internacional de astrónomos, abordarán con observaciones tomadas por el Telescopio Espacial James Webb. . “Estos son objetos realmente valiosos”, dijo Fan. “Estructuramos este programa para aprender todo lo que pudiéramos pensar para que nuestro equipo y la comunidad astronómica en general puedan explorar estos quásares en su totalidad”.
La sensibilidad de Webb a la luz infrarroja, incluidas las longitudes de onda del infrarrojo medio que solo se pueden capturar desde el espacio, permitirá al equipo observar estos objetos, cuya luz ha viajado durante 13 mil millones de años y ha tenido sus longitudes de onda extendidas desde la luz ultravioleta y visible a la luz infrarroja. . Webb tiene una sensibilidad y una resolución espacial incomparables, que revelarán estructuras complejas en estos objetos distantes.
El equipo planea observar y analizar los datos en tres escalas: examinar de cerca los propios quásares, estudiar las estrellas en las galaxias anfitrionas circundantes después de eliminar la luz de los quásares y clasificar las galaxias cercanas. “Estos cuásares son objetos muy especiales”, explica Bañados. “Es por eso que queremos proporcionar la mejor caracterización posible de cada uno con Webb”.
Acercar y alejar el zoom
Fan, Yang y Bañados no están desperdiciando oportunidades: usarán casi todos los instrumentos disponibles en Webb para observar estos cuásares. Primero, refinarán las medidas de la masa de cada agujero negro supermasivo. “La existencia de estos agujeros negros desafía los modelos teóricos”, dijo Yang. “Queremos obtener mediciones más precisas de sus masas para mejorar nuestra comprensión de cómo se formaron y crecieron tan rápidamente”.
Para aumentar la precisión de las mediciones existentes de otros observatorios, recurrirán a los espectros , datos que detallan las propiedades físicas de un objeto, incluida la masa y la composición química, entregados por el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec) . Esto permitirá al equipo producir masas de agujeros negros más precisas.
A continuación, se centrarán en revelar las galaxias detrás de la luz brillante de los quásares. Tomarán imágenes muy profundas y detalladas de cada objetivo con la cámara de infrarrojo cercano de Webb (NIRCam) y luego usarán modelos de computadora para eliminar la luz de los cuásares de cada uno. Las imágenes finales procesadas les darán las primeras vistas de la luz de las estrellas en las galaxias anfitrionas. El equipo también obtendrá espectros con el Instrumento de infrarrojos medios (MIRI) de Webb . Nadie puede predecir completamente lo que aprenderá. ¿Fueron estas galaxias antiguas más compactas? ¿Sus estrellas contienen más que hidrógeno y helio? ¡Webb sin duda generará nuevos conocimientos!
El equipo también obtendrá espectros tanto de los cuásares como de sus galaxias anfitrionas para rastrear cómo se mueve el gas en las galaxias anfitrionas y determinar si los agujeros negros supermasivos activos están enviando vientos calientes que calientan el gas de las galaxias. Aunque nadie puede ver un ciclo de retroalimentación completo en tiempo real (¡lleva millones de años!), Pueden probar lo que está presente con NIRSpec y comenzar a observar las conexiones entre los quásares y sus galaxias anfitrionas.
También se “alejarán” para ver galaxias cerca de estos cuásares. Las observaciones expansivas y de alta resolución de Webb ayudarán al equipo a caracterizar las galaxias que se encuentran en el vecindario mediante el uso del generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendijas (NIRISS) y NIRCam de Webb .
Finalmente, los investigadores también tomarán muestras de los entornos a gran escala alrededor de los cuásares: las características del gas y el polvo. ¿Cómo era el universo 700 u 800 millones de años después del Big Bang? Este fue un período conocido como la Era de la Reionización , cuando el gas entre las galaxias era en gran parte opaco. Solo después de los primeros mil millones de años del universo, el gas se volvió completamente transparente, lo que permitió que la luz viajara más fácilmente. El equipo medirá todo lo que haya entre nosotros y los quásares con NIRSpec. “Sabemos que estos cuásares existen cuando el universo era un cincuenta por ciento neutral”, explicó Bañados. “Estos objetivos representan una edad importante del universo, esencialmente el pico de esta transición. Webb proporcionará nuevas limitaciones sobre cómo fue este período “.
Fan, Yang y Bañados compartirán las riquezas de este completo programa de observación mediante la liberación de datos y herramientas a la comunidad astronómica para acelerar la investigación general de los cuásares en el universo temprano. “Webb nos ayudará a dar el próximo salto cuántico en la comprensión de estos objetos”, dijo Fan.
