Los quásares son muy brillantes, Agujeros negros supermasivos distantes y activos que tienen de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Normalmente se encuentra en el centro de las galaxias, se alimentan de la materia que cae y desatan fantásticos torrentes de radiación. Entre los objetos más brillantes del universo, La luz de un quásar eclipsa a la de todas las estrellas de su galaxia anfitriona combinadas, y sus chorros y vientos dan forma a la galaxia en la que reside.

Poco después de su lanzamiento a finales de este año, un equipo de científicos entrenará al telescopio espacial James Webb de la NASA en seis de los cuásares más distantes y luminosos. Estudiarán las propiedades de estos quásares y sus galaxias anfitrionas, y cómo se interconectaron durante las primeras etapas de la evolución de las galaxias en el universo temprano. El equipo también utilizará los cuásares para examinar el gas en el espacio entre galaxias, particularmente durante el período de reionización cósmica, que terminó cuando el universo era muy joven. Lo lograrán utilizando la extrema sensibilidad de Webb a bajos niveles de luz y su excelente resolución angular.

Webb:Visitando el universo joven

Mientras Webb se adentra en el universo, en realidad, mirará hacia atrás en el tiempo. La luz de estos cuásares distantes comenzó su viaje a Webb cuando el universo era muy joven, y tardó miles de millones de años en llegar. Veremos las cosas como eran hace mucho tiempo, no como son hoy.

"Todos estos cuásares que estamos estudiando existían muy temprano, cuando el universo tenía menos de 800 millones de años, o menos del 6 por ciento de su edad actual. Así que estas observaciones nos dan la oportunidad de estudiar la evolución de las galaxias y la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos en estos tiempos tan tempranos. "explicó el miembro del equipo Santiago Arribas, profesor investigador del Departamento de Astrofísica del Centro de Astrobiología de Madrid, España. Arribas también es miembro del equipo científico de instrumentos del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb.

La luz de estos objetos muy distantes se ha estirado por la expansión del espacio. Esto se conoce como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto más lejos tiene que viajar la luz, cuanto más se desplaza al rojo. De hecho, la luz visible emitida en el universo primitivo se estira de manera tan dramática que se desplaza hacia el infrarrojo cuando llega a nosotros. Con su conjunto de instrumentos afinados por infrarrojos, Webb es especialmente adecuado para estudiar este tipo de luz.

Estudiar quásares, sus galaxias anfitrionas y entornos, y sus poderosas salidas

Los quásares que estudiará el equipo no solo se encuentran entre los más distantes del universo, pero también entre los más brillantes. Estos quásares suelen tener las masas de agujeros negros más altas, y también tienen las tasas de acreción más altas, las tasas a las que el material cae en los agujeros negros.

"Estamos interesados ​​en observar los cuásares más luminosos porque la gran cantidad de energía que están generando en sus núcleos debería conducir al mayor impacto en la galaxia anfitriona por mecanismos como el flujo de salida del cuásar y el calentamiento". "dijo Chris Willott, un científico investigador en el Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica Herzberg del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) en Victoria, Columbia Británica. Willott es también científico del proyecto Webb de la Agencia Espacial Canadiense. "Queremos observar estos cuásares en el momento en que tienen el mayor impacto en sus galaxias anfitrionas".

Se libera una enorme cantidad de energía cuando el agujero negro supermasivo acumula materia. Esta energía calienta y empuja el gas circundante hacia afuera, generando fuertes flujos de salida que atraviesan el espacio interestelar como un tsunami, causando estragos en la galaxia anfitriona.

Los flujos de salida juegan un papel importante en la evolución de las galaxias. El gas alimenta la formación de estrellas, por lo que cuando se elimina el gas debido a las salidas, la tasa de formación de estrellas disminuye. En algunos casos, Los flujos de salida son tan poderosos y expulsan cantidades tan grandes de gas que pueden detener por completo la formación de estrellas dentro de la galaxia anfitriona. Los científicos también piensan que las salidas son el mecanismo principal por el cual el gas, el polvo y los elementos se redistribuyen a grandes distancias dentro de la galaxia o incluso pueden ser expulsados ​​al espacio entre las galaxias, el medio intergaláctico. Esto puede provocar cambios fundamentales en las propiedades tanto de la galaxia anfitriona como del medio intergaláctico.

Examinando las propiedades del espacio intergaláctico durante la Era de la Reionización

Hace más de 13 mil millones de años, cuando el universo era muy joven, la vista estaba lejos de ser clara. El gas neutro entre galaxias hizo que el universo se volviera opaco a algunos tipos de luz. Durante cientos de millones de años, el gas neutro en el medio intergaláctico se cargó o ionizó, haciéndolo transparente a la luz ultravioleta. Este período se llama la Era de la Reionización. Pero, ¿qué llevó a la reionización que creó las condiciones "claras" detectadas en gran parte del universo actual? Webb se adentrará en el espacio para recopilar más información sobre esta importante transición en la historia del universo. Las observaciones nos ayudarán a comprender la era de la reionización, que es una de las fronteras clave de la astrofísica.

El equipo utilizará cuásares como fuentes de luz de fondo para estudiar el gas entre nosotros y el cuásar. Ese gas absorbe la luz del cuásar en longitudes de onda específicas. A través de una técnica llamada espectroscopia de imágenes, buscarán líneas de absorción en el gas intermedio. Cuanto más brillante es el quásar, más fuertes serán las características de la línea de absorción en el espectro. Al determinar si el gas es neutro o ionizado, Los científicos aprenderán cuán neutral es el universo y cuánto de este proceso de reionización ha ocurrido en ese momento en particular.

"Si quieres estudiar el universo, necesita fuentes de fondo muy brillantes. Un quásar es el objeto perfecto en el universo distante, porque es lo suficientemente luminoso como para que podamos verlo muy bien, "dijo Camilla Pacifici, miembro del equipo, que está afiliado a la Agencia Espacial Canadiense pero trabaja como científico de instrumentos en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. "Queremos estudiar el universo temprano porque el universo evoluciona, y queremos saber cómo empezó ".

El equipo analizará la luz procedente de los quásares con NIRSpec para buscar lo que los astrónomos llaman "metales, "que son elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio. Estos elementos se formaron en las primeras estrellas y las primeras galaxias y fueron expulsados ​​por flujos de salida. El gas se mueve fuera de las galaxias en las que estaba originalmente y hacia el medio intergaláctico. El equipo planea medir el generación de estos primeros "metales, "así como la forma en que están siendo empujados hacia el medio intergaláctico por estos primeros flujos de salida.

El poder de Webb

Webb es un telescopio extremadamente sensible capaz de detectar niveles de luz muy bajos. Esto es importante, porque aunque los quásares son intrínsecamente muy brillantes, los que este equipo va a observar se encuentran entre los objetos más distantes del universo. De hecho, están tan distantes que las señales que recibirá Webb son muy, muy bajo. Solo con la exquisita sensibilidad de Webb se puede lograr esta ciencia. Webb también proporciona una excelente resolución angular, haciendo posible desenredar la luz del quásar de su galaxia anfitriona.

Los programas de cuásares descritos aquí son Observaciones de tiempo garantizado que involucran las capacidades espectroscópicas de NIRSpec.