Agujeros negros supermasivos que probablemente residen en los centros de prácticamente todas las galaxias, son inimaginablemente densos, regiones compactas de espacio de las que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Como tal agujero negro, con un peso de millones o miles de millones de veces la masa del Sol, devora material, está rodeado por un disco giratorio de gas. Cuando el gas de este disco cae hacia el agujero negro, libera una enorme cantidad de energía. Esta energía crea un núcleo galáctico brillante y poderoso llamado quásar, cuya luz puede eclipsar en gran medida a su galaxia anfitriona.

Los astrónomos creen ampliamente que la energía de los cuásares es responsable de limitar el crecimiento de galaxias masivas. Poco después del lanzamiento del telescopio espacial James Webb de la NASA, Los científicos planean estudiar el efecto de tres cuásares cuidadosamente seleccionados en sus galaxias anfitrionas en un programa llamado Q3D.

Un agujero negro supermasivo es muy pequeño en comparación con su galaxia anfitriona; es el equivalente a un centavo en relación con el tamaño de toda la Luna. Todavía, Los agujeros negros supermasivos tienen una inmensa influencia en las galaxias que habitan.

"Objetos físicamente muy pequeños, Los agujeros negros supermasivos parecen tener un impacto enorme en la evolución de las galaxias y, finalmente, en el aspecto actual de nuestro universo. "dijo la investigadora principal de Q3D, Dominika Wylezalek, Líder de grupo de investigación en la Universidad de Heidelberg en Alemania.

Hace dos décadas los científicos plantearon la hipótesis del papel fundamental de los cuásares en la limitación del crecimiento de las galaxias, pero la evidencia observacional específica ha sido sorprendentemente difícil de conseguir. Los científicos creen que los vientos torrenciales de un quásar empujan el equivalente a cientos de masas solares de material cada año. Mientras los vientos del cuásar barren el disco de la galaxia, el material que de otro modo habría formado nuevas estrellas es llevado violentamente de la galaxia, haciendo que cese el nacimiento de estrellas. Pero observar el poder y el alcance de los cuásares en sus galaxias anfitrionas sigue siendo un importante problema sin resolver en la astrofísica moderna. El telescopio Webb podría cambiar eso.

Analizar datos en 3-D

Además de su exquisita sensibilidad, resolución y visión infrarroja, Las capacidades de Webb incluyen espectroscopía de imágenes tridimensionales única. Esta técnica de observación especial permite al equipo obtener medidas detalladas de luz para cada píxel en el campo de visión. Une muchas imágenes en longitudes de onda ligeramente diferentes. Esto permite a los científicos mapear espacialmente los movimientos de gas dentro de la galaxia. La técnica revolucionará la comprensión de la relación entre los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas al permitir a los científicos sondear las estrellas. gas y polvo en galaxias cercanas y distantes.

"La espectroscopia de imágenes es importante para nosotros porque los vientos en estos cuásares distantes no son necesariamente simétricos, "explicó el co-investigador principal Sylvain Veilleux, profesor de astronomía en la Universidad de Maryland, College Park. "Entonces, se necesita un espectro en cada posición para determinar cuál es su geometría y poder extraer la información importante de estos vientos y el impacto que tienen en sus galaxias anfitrionas ".

Estudiar tres quásares y sus anfitriones

El equipo de Q3D estudiará tres quásares brillantes para medir la actividad que proviene de la acumulación de material en los agujeros negros supermasivos. y cómo las galaxias anfitrionas se ven afectadas por esa actividad. El equipo eligió los tres cuásares por razones científicas, sino también para probar y evaluar las capacidades de Webb. Los objetos abarcan intencionalmente un rango muy amplio de distancia de la Tierra, desde relativamente cerca hasta muy lejos. También se encuentran entre los cuásares más luminosos en sus respectivas distancias y se sabe que tienen salidas de material.

Aparecen poderosos flujos de salida de cuásares para evitar que el gas de una galaxia forme nuevas estrellas y haga crecer la galaxia. Los científicos creen que esta conexión cuásar-galaxia es crucial para determinar cómo evolucionan las galaxias desde el universo temprano hasta la actualidad. Es especialmente importante para las galaxias algunas veces más grandes que la Vía Láctea, porque los anfitriones de cuásares son generalmente galaxias más masivas.

Ver más allá de la luz brillante

Los quásares son muy brillantes en comparación con el material que los rodea, por lo que el equipo está desarrollando herramientas de software especiales que les permitan estudiar los fenómenos. Cuando se descubrieron los cuásares en la década de 1950, eran fuentes de radio brillantes que parecían estrellas en placas fotográficas, por eso se les llamó "fuentes de radio cuasi estelares". Finalmente, Los astrónomos descubrieron que los cuásares estaban en realidad dentro de las galaxias, pero eran tan brillantes que eclipsaban a sus galaxias anfitrionas.

"Estamos interesados ​​en el quásar en sí, el brillante, algo parecido a una estrella en el medio, pero también estamos interesados ​​en la galaxia anfitriona más débil. Y no solo la galaxia anfitriona, pero la salida aún más débil del anfitrión. Este es el gas que no está dando vueltas alrededor del quásar, o el centro de la galaxia, sino que fluye hacia afuera. Para ver estas cosas realmente débiles detrás del quásar, tenemos que quitar la luz del quásar. Eso es algo único que hará el software ", dijo el co-investigador David Rupke, profesor asociado de física en Rhodes College en Memphis, Tennesse. Rupke está liderando el esfuerzo de escribir el software para analizar los datos de Q3D.

Allanando el camino para futuros estudios de Webb

El estudio Q3D es parte del programa de ciencia de liberación temprana discrecional del director, que proporciona datos públicos a toda la comunidad científica al principio de la misión del telescopio. Este programa permite a la comunidad astronómica aprender rápidamente cómo utilizar mejor las capacidades de Webb, al mismo tiempo que produce una ciencia sólida.

"Desde un punto de vista técnico, con nuestras observaciones, estamos probando diferentes modos, filtros y combinaciones, ", explicó Wylezalek." Será muy útil para la comunidad científica ver el rendimiento en estos diferentes modos. Científicamente, estamos sondeando quásares en diferentes luminosidades y tiempos cósmicos para informar a la comunidad sobre el desempeño de Webb al evaluar diferentes cuestiones científicas ".

El software Q3D no solo será útil para los usuarios que observan quásares, sino también para cualquiera que observe brillos, como un punto fuentes centrales sobre fuentes más débiles. Tales observaciones podrían incluir cúmulos de súper estrellas, supernovas, eventos de interrupción de las mareas, o estallidos de rayos gamma.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.