Agencias/Ciudad de México.- El telescopio espacial James Webb ha observado una galaxia en la etapa más joven del universo que, sin embargo, exhibe un agujero negro en su centro que ya pesaba mil millones de masas solares.
Mirando hacia el pasado, quedó claro que la luz de la galaxia llamada J1120+0641 tardó casi tanto tiempo en llegar a la Tierra como el universo ha tardado en desarrollarse hasta nuestros días.
El análisis del material en las inmediaciones del agujero negro supuestamente revelaría un mecanismo de alimentación particularmente eficiente, pero los astrónomos no han encontraado nada especial. “Este resultado podría significar que los astrofísicos entienden menos sobre el desarrollo de las galaxias de lo que pensaban. Y, sin embargo, no son en absoluto decepcionantes”, según un comunicado del Instituto Max Planck sobre la investigación, publicada en Nature Astronomy.
Las observaciones se llevaron a cabo en enero de 2023, durante el primer ciclo de observaciones del JWST, y duraron aproximadamente dos horas y media. Constituyen el primer estudio en el infrarrojo medio de un cuásar en el período del amanecer cósmico, apenas 770 millones de años después del Big Bang (desplazamiento al rojo z=7). La información no proviene de una imagen, sino de un espectro: la descomposición, similar a un arco iris, de la luz del objeto en componentes de diferentes longitudes de onda.
La forma general del espectro infrarrojo medio (“continuo”) codifica las propiedades de un gran toro de polvo que rodea el disco de acreción en los cuásares típicos. Este toro ayuda a guiar la materia hacia el disco de acreción, “alimentando” al agujero negro. La mala noticia para aquellos cuya solución preferida para los masivos agujeros negros primitivos reside en modos alternativos rápidos de crecimiento: el toro, y por extensión el mecanismo de alimentación en este cuásar muy primitivo, parecen ser los mismos que en sus contrapartes más modernas. La única diferencia es una que ningún modelo de crecimiento rápido de los quásares tempranos predijo: una temperatura del polvo algo más alta, alrededor de cien Kelvin más cálida que los 1300 K encontrados para el polvo más caliente en quásares menos distantes.
Das James Webb Weltraumteleskop hat eine #Galaxie im besonders jungen Universum vor die Linse bekommen. Dabei ist unerklärlich, wie das schwarze Loch im Zentrum der Galaxie J1120+0641 bereits damals über eine Milliarden Sonnenmassen wiegen konnte. 🫢 https://t.co/a5Syw6NJsw… pic.twitter.com/oIRB4iPlt4
— Max Planck Society (@maxplanckpress) June 26, 2024
La parte de longitud de onda más corta del espectro, dominada por las emisiones del propio disco de acreción, muestra que para nosotros, como observadores distantes, la luz del cuásar no se ve atenuada por más polvo de lo habitual. Los argumentos de que tal vez simplemente estamos sobrestimando las masas de los agujeros negros tempranos debido al polvo adicional tampoco son la solución.
La región de línea ancha del cuásar, donde los grupos de gas orbitan el agujero negro a velocidades cercanas a la de la luz, lo que permite deducir la masa del agujero negro y la densidad e ionización de la materia circundante, también parece normal. Por casi todas las propiedades que se pueden deducir del espectro, J1120+0641 no es diferente de los cuásares de épocas posteriores.
“En general, las nuevas observaciones no hacen más que añadir misterio: los primeros cuásares eran sorprendentemente normales. No importa en qué longitudes de onda los observemos, los cuásares son casi idénticos en todas las épocas del Universo”, afirma la doctora Sarah Bosman, investigadora postodoctorla en el Instituto Max Planck de Radioastronomía y autora princiapl del estudio. No sólo los agujeros negros supermasivos en sí, sino también sus mecanismos de alimentación estaban aparentemente ya completamente “maduros” cuando el Universo tenía apenas un 5% de su edad actual.
Al descartar una serie de soluciones alternativas, los resultados apoyan firmemente la idea de que los agujeros negros supermasivos empezaron con masas considerables desde el principio, en la jerga astronómica: que son “primordiales” o “grandes como semilla”. Los agujeros negros supermasivos no se formaron a partir de los restos de estrellas primitivas y luego crecieron masivamente muy rápido. Debieron formarse temprano con masas iniciales de al menos cien mil masas solares, presumiblemente a través del colapso de nubes de gas masivas tempranas.
El rápido ensamblaje de los primeros agujeros negros supermasivos es un misterio perdurable. Hasta ahora, no se sabía si las estructuras de “alimentación” de los cuásares (el “toro caliente”) podrían ensamblarse tan rápido como las estructuras de cuásar de menor escala. Presentamos observaciones espectroscópicas JWST/MRS (infrarrojo de marco de reposo) del cuásar J1120+0641 (muy dentro de la época de reionización). Es importante destacar que la masa del agujero negro supermasivo de J1120+0641 basada en la línea Hα (accesible solo con JWST) concuerda con mediciones anteriores de Mg ii ultravioleta en marco de reposo terrestres. Al comparar las proporciones de las líneas de emisión de Hα, Paα y Paβ con las predicciones de un modelo nublado monofásico simple, encontramos que son consistentes con el origen de una región de línea ancha común con parámetros físicos que son consistentes con los quásares de menor corrimiento al rojo. En conjunto, esto implica que las estructuras de acreción de J1120+0641 deben haberse ensamblado muy rápidamente, ya que parecen completamente “maduras” menos de 760 millones de años después del Big Bang.
The spectrum of an early quasar in the mid-infrared! J1120+0641 already has a mature feeding structure 760 million years after the Big Bang (just 5% of the Universe’s age). This is mysteriously fast, say @sarah_seib2 et al.: https://t.co/i22TKt61kv or https://t.co/YpBfjBcrwq
— Nature Astronomy (@NatureAstronomy) June 18, 2024
