No pasó mucho tiempo después del Big Bang cuando las primeras galaxias comenzaron a cambiar el Universo. Menos de mil millones de años después, ya habían engordado mucho. En particular, sus agujeros negros supermasivos centrales eran gigantes. Nuevas imágenes de JWSt muestran dos galaxias masivas tal como aparecieron menos de mil millones de años después del comienzo del universo.

Una de las galaxias pesa 130 mil millones de veces la masa del Sol. Su cuásar impulsado por un agujero negro tiene 1.400 millones de masas solares. (Un cuásar es el núcleo activo brillante de una galaxia que se cree que está alimentado por un agujero negro supermasivo). Resulta que estas galaxias y sus agujeros negros centrales tienen tamaños completamente diferentes entre sí. Además, esas masas espectaculares plantean algunas preguntas desafiantes. ¿Cómo se volvieron tan masivos tan rápido en el Universo infantil? Y, ¿cuál fue primero? ¿la galaxia o los agujeros negros?

estos conforman un rompecabezas que enfrenta un equipo internacional de investigadores dirigido por Xuheng Ding y John Silverman (ambos del Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo). anunciaron sus hallazgos iniciales en la edición del 28 de junio de 2023 de la revista Nature.

Imagen de JWSt NIRCam 3.6 μm de HSC J2236 0032. la imagen alejada, la imagen del cuásar y la imagen de la galaxia anfitriona después de restar la luz del cuásar (de izquierda a derecha). la escala de la imagen en años luz se indica en cada panel. Crédito: Ding, Onoue, Silverman et al.

Explorando los Corazones Quasar

los cuásares que observaron se llaman J2236 0032 y J2255 0251. Sus galaxias anfitrionas fueron observadas por primera vez por el telescopio Subaru en Hawai'i. Ambas galaxias son relativamente tenues y son buenos objetivos para los estudios del universo primitivo. se encuentran en desplazamientos al rojo de 6,4 y 6,34. esos los ubican en un momento en que el universo tenía solo 860 millones de años. Luego, el equipo de investigación de Kavli usó JWSt para observar más profundamente estos objetos.

JWSt los miró en longitudes de onda infrarrojas de 3,56 y 1,50 micrones. Además, el espectrómetro NIRSPEC de JWSt refinó las poblaciones estelares de la galaxia. El análisis de los datos refinó aún más la masa de las dos galaxias. También reveló la velocidad de los gases que se mueven en sus corazones. eso permitió al equipo determinar las masas de los dos agujeros negros supermasivos centrales que alimentan estos cuásares.

Respondiendo preguntas sobre estos cuásares

Una cosa saltó a la vista de los datos de inmediato: la relación entre las masas de las galaxias y sus agujeros negros. Resulta que el tamaño de un agujero negro supermasivo aparentemente sigue el rastro del tamaño de su galaxia anfitriona. Los astrónomos están explorando esta relación en las galaxias del universo cercano y descubren que cuanto más grande es una galaxia, más grande debería ser su agujero negro central. las dos galaxias en el descubrimiento de JWSt muestran la misma relación entre sus masas y las masas de sus agujeros negros.

la implicación aquí es que la relación en realidad estaba en su lugar muy temprano en la historia cósmica. esto plantea otras preguntas sobre los mecanismos que conectan las galaxias y sus núcleos de agujeros negros para crear esta proporción. Los astrónomos sugieren varios escenarios. Primero, dado que estos son núcleos galácticos activos (quásares), pueden desencadenar una mayor formación de estrellas en la galaxia a través de sus chorros y vientos. Pero, esas mismas actividades pueden apagar los 𝐛𝐢𝐫𝐭𝐡s de nuevas estrellas. este es un mecanismo de retroalimentación interesante que hace que la tasa de formación de estrellas siga la tasa de acumulación de agujeros negros. Esencialmente, el AGN pone controles y equilibrios en el crecimiento de la galaxia.

Otra idea es que la relación entre las masas de las galaxias y los agujeros negros está impulsada por el crecimiento de los agujeros negros y la formación de estrellas utilizando las mismas fuentes de combustible. este escenario podría ocurrir con bastante facilidad después de la fusión de dos galaxias ricas en combustible. Las fusiones a menudo estimulan la formación de estrellas, por lo que esto podría haber sucedido con estas galaxias tempranas en un momento en que las fusiones eran una actividad dominante. Un tercer escenario sugiere que solo puede haber una relación estadística y que es necesario realizar más estudios.

Necesita más datos

los datos de las galaxias HSC J2236 0032 y HSC J2255 0251 han planteado las preguntas. Ahora es el momento de que los astrónomos observen más de estos objetos en el universo primitivo para ver si pueden responderlas. el equipo continuará con sus observaciones usando JWSt durante el Ciclo 1 actual. ya tienen tiempo de telescopio para estudiar J2236 0032 con más detalle para responder algunas de las preguntas pendientes planteadas por este trabajo actual. En particular, estos estudios podrían decirnos si las galaxias llegaron primero o si lo hicieron los agujeros negros. también revelarán más detalles sobre las tasas de crecimiento de ambas galaxias y sus cuásares impulsados por agujeros negros en estas primeras épocas de la historia del Universo.

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