Los quásares son los objetos más brillantes del universo y se encuentran entre los más enérgicos. Eclipsan galaxias enteras de miles de millones de estrellas. Un agujero negro supermasivo se encuentra en el corazón de cada cuásar, pero no todos los agujeros negros son un quásar. Solo los agujeros negros que se alimentan con más voracidad pueden alimentar un quásar. El material que cae en el agujero negro supermasivo se calienta, y hace que un quásar brille ferozmente a través del universo como un faro.

Aunque se sabe que los cuásares residen en los centros de las galaxias, Ha sido difícil decir cómo son esas galaxias y cómo se comparan con las galaxias sin quásares. El desafío es que el resplandor del quásar hace que sea difícil o imposible sacar la luz de la galaxia anfitriona circundante. Es como mirar directamente a los faros de un automóvil y tratar de averiguar a qué tipo de automóvil está conectado.

Un nuevo estudio sugiere que el telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2021, podrá revelar las galaxias anfitrionas de algunos cuásares distantes a pesar de sus pequeños tamaños y su oscurecimiento de polvo.

"Queremos saber en qué tipo de galaxias viven estos cuásares. Eso puede ayudarnos a responder preguntas como:¿Cómo pueden los agujeros negros crecer tan grandes y tan rápido? ¿Existe una relación entre la masa de la galaxia y la masa del agujero negro, como vemos en el universo cercano? ", dijo la autora principal, Madeline Marshall, de la Universidad de Melbourne en Australia, quien llevó a cabo su trabajo dentro del Centro de Excelencia ARC en Astrofísica All Sky en 3 Dimensiones.

Responder a estas preguntas es un desafío por varias razones. En particular, cuanto más distante está una galaxia, cuanto más se ha estirado su luz a longitudes de onda más largas por la expansión del universo. Como resultado, la luz ultravioleta del disco de acreción del agujero negro o de las estrellas jóvenes de la galaxia se desplaza a longitudes de onda infrarrojas.

En un estudio reciente, Los astrónomos utilizaron las capacidades del infrarrojo cercano del telescopio espacial Hubble de la NASA para estudiar quásares conocidos con la esperanza de detectar el brillo circundante de las galaxias anfitrionas. sin detecciones significativas. Esto sugiere que el polvo dentro de las galaxias está oscureciendo la luz de sus estrellas. Los detectores infrarrojos de Webb podrán mirar a través del polvo y descubrir las galaxias ocultas.

"El Hubble simplemente no se adentra lo suficiente en el infrarrojo para ver las galaxias anfitrionas. Aquí es donde Webb realmente se destacará, "dijo Rogier Windhorst de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe, coautor del estudio Hubble.

Para determinar qué se espera que vea Webb, el equipo utilizó una simulación por computadora de última generación llamada BlueTides, desarrollado por un equipo dirigido por Tiziana Di Matteo en la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania.

"BlueTides está diseñado para estudiar la formación y evolución de galaxias y cuásares en los primeros mil millones de años de la historia del universo. Su gran volumen cósmico y alta resolución espacial nos permite estudiar esos raros quásares anfitriones sobre una base estadística, "dijo Yueying Ni de la Universidad Carnegie Mellon, que ejecutó la simulación BlueTides. BlueTides proporciona un buen acuerdo con las observaciones actuales y permite a los astrónomos predecir lo que debería ver Webb.

El equipo descubrió que las galaxias que albergan cuásares tendían a ser más pequeñas que el promedio, abarcando solo alrededor de 1/30 del diámetro de la Vía Láctea a pesar de contener casi tanta masa como nuestra galaxia. "Las galaxias anfitrionas son sorprendentemente pequeñas en comparación con la galaxia promedio en ese momento, "dijo Marshall.

Las galaxias en la simulación también tendían a formar estrellas rápidamente, hasta 600 veces más rápido que la tasa actual de formación de estrellas en la Vía Láctea. "Descubrimos que estos sistemas crecen muy rápido. Son como niños precoces:hacen todo desde el principio, "explicó el coautor Di Matteo.

Luego, el equipo utilizó estas simulaciones para determinar qué verían las cámaras de Webb si el observatorio estudiara estos sistemas distantes. Descubrieron que sería posible distinguir la galaxia anfitriona del cuásar, aunque sigue siendo un desafío debido al pequeño tamaño de la galaxia en el cielo.

"Webb abrirá la oportunidad de observar estas galaxias anfitrionas muy distantes por primera vez, "dijo Marshall.

También consideraron lo que los espectrógrafos de Webb podrían extraer de estos sistemas. Estudios espectrales, que dividen la luz entrante en sus colores componentes o longitudes de onda, podría revelar la composición química del polvo en estos sistemas. Aprender la cantidad de elementos pesados ​​que contienen podría ayudar a los astrónomos a comprender sus historias de formación estelar. ya que la mayoría de los elementos químicos se producen en las estrellas.

Webb también podría determinar si las galaxias anfitrionas están aisladas o no. El estudio de Hubble encontró que la mayoría de los quásares tenían galaxias compañeras detectables, pero no pudo determinar si esas galaxias estaban realmente cerca o si son superposiciones al azar. Las capacidades espectrales de Webb permitirán a los astrónomos medir los desplazamientos al rojo, y por tanto distancias, de esas aparentes galaxias compañeras para determinar si están a la misma distancia que el cuásar.

Por último, Las observaciones de Webb deberían proporcionar nuevos conocimientos sobre estos sistemas extremos. Los astrónomos todavía luchan por comprender cómo un agujero negro podría llegar a pesar mil millones de veces más que nuestro Sol en solo mil millones de años. "Estos grandes agujeros negros no deberían existir tan pronto porque no ha habido tiempo suficiente para que se vuelvan tan masivos, "dijo el coautor Stuart Wyithe de la Universidad de Melbourne.

Los futuros estudios de cuásares también se verán impulsados ​​por las sinergias entre los múltiples observatorios próximos. Estudios infrarrojos con la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea, así como el Observatorio Vera C. Rubin en tierra, una instalación de la Fundación Nacional de Ciencias / Departamento de Energía actualmente en construcción en Cerro Pachón en el desierto de Atacama en Chile. Ambos observatorios aumentarán significativamente el número de cuásares distantes conocidos. Luego, Hubble y Webb examinarán esos cuásares recién descubiertos para obtener una nueva comprensión de los años de formación del universo.