Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado el telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA para encontrar evidencia de una fusión en curso de dos galaxias y sus enormes agujeros negros cuando el universo tenía sólo 740 millones de años. Esto marca la detección más distante de una fusión de agujeros negros jamás obtenida y la primera vez que este fenómeno se detecta tan temprano en el universo.
Los astrónomos han encontrado agujeros negros supermasivos con masas de millones a miles de millones de veces la del Sol en la mayoría de las galaxias masivas del universo local, incluida nuestra Vía Láctea. Es probable que estos agujeros negros hayan tenido un impacto importante en la evolución de las galaxias en las que residen. Sin embargo, los científicos aún no comprenden completamente cómo estos objetos crecieron hasta volverse tan masivos.
El hallazgo de gigantescos agujeros negros que ya existían en los primeros mil millones de años después del Big Bang indica que dicho crecimiento debe haber ocurrido muy rápidamente y muy temprano. Ahora, el telescopio espacial James Webb está arrojando nueva luz sobre el crecimiento de los agujeros negros en el universo primitivo.
Las nuevas observaciones de Webb han proporcionado evidencia de una fusión en curso de dos galaxias y sus enormes agujeros negros cuando el universo tenía sólo 740 millones de años. El sistema se conoce como ZS7. El estudio se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. .
Los agujeros negros masivos que están acumulando materia activamente tienen características espectrográficas distintivas que permiten a los astrónomos identificarlos. Para galaxias muy distantes, como las de este estudio, estas firmas son inaccesibles desde la Tierra y solo pueden verse con Webb.
"Encontramos evidencia de gas muy denso con movimientos rápidos en las proximidades del agujero negro, así como gas caliente y altamente ionizado iluminado por la radiación energética que normalmente producen los agujeros negros en sus episodios de acreción", explicó la autora principal, Hannah Übler, del estudio. Universidad de Cambridge en el Reino Unido. "Gracias a la nitidez sin precedentes de sus capacidades de obtención de imágenes, Webb también permitió a nuestro equipo separar espacialmente los dos agujeros negros".
El equipo descubrió que uno de los dos agujeros negros tiene una masa 50 millones de veces la masa del sol. "La masa del otro agujero negro probablemente sea similar, aunque es mucho más difícil de medir porque este segundo agujero negro está enterrado en gas denso", explicó el miembro del equipo Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge y el University College London en el Reino Unido.
"Nuestros hallazgos sugieren que la fusión es una ruta importante a través de la cual los agujeros negros pueden crecer rápidamente, incluso en el amanecer cósmico", explicó Übler. "Junto con otros hallazgos de Webb sobre agujeros negros masivos y activos en el universo distante, nuestros resultados también muestran que los agujeros negros masivos han estado dando forma a la evolución de las galaxias desde el principio."
"La masa estelar del sistema que estudiamos es similar a la de nuestra vecina la Gran Nube de Magallanes", compartió el miembro del equipo Pablo G. Pérez-González del Centro de Astrobiología (CAB), CSIC/INTA, en España. "Podemos intentar imaginar cómo podría verse afectada la evolución de las galaxias fusionadas si cada galaxia tuviera un agujero negro supermasivo tan grande o mayor que el que tenemos en la Vía Láctea".
El equipo también señala que una vez que los dos agujeros negros se fusionen, también generarán ondas gravitacionales. Eventos como este serán detectables con la próxima generación de observatorios de ondas gravitacionales, como la próxima misión de Antena Espacial con Interferómetro Láser (LISA), que fue aprobada recientemente por la Agencia Espacial Europea y será el primer observatorio espacial dedicado a estudiar la gravedad. olas.
"Los resultados de Webb nos dicen que los sistemas más ligeros detectables por LISA deberían ser mucho más frecuentes de lo que se suponía anteriormente", dijo la científica principal del proyecto LISA, Nora Luetzgendorf, de la Agencia Espacial Europea en los Países Bajos. "Lo más probable es que nos obligue a ajustar nuestros modelos para las tasas de LISA en este rango de masa. Esto es sólo la punta del iceberg."
Este descubrimiento se debió a observaciones realizadas como parte del programa Galaxy Assembly con NIRSpec Integral Field Spectroscope. El equipo ha recibido recientemente un nuevo Gran Programa en el Ciclo 3 de observaciones de Webb, para estudiar en detalle la relación entre los agujeros negros masivos y sus galaxias anfitrionas en los primeros mil millones de años.
Un componente importante de este programa será la búsqueda y caracterización sistemática de fusiones de agujeros negros. Este esfuerzo determinará la velocidad a la que se produce la fusión de los agujeros negros en las primeras épocas cósmicas y evaluará el papel de la fusión en el crecimiento inicial de los agujeros negros y la velocidad a la que se producen ondas gravitacionales desde el principio de los tiempos.
Más información: Hannah Übler et al, GA-NIFS:JWST descubre un AGN compensado 740 millones de años después del big bang, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae943
Información de la revista: Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society
Proporcionado por el Centro de información de la ESA/Hubble
