JWST capta una asombrosa fusión de cuásares y galaxias en el Universo remoto
Por: Istituto Nazionale di Astrofisica.
05 de julio de 2024
Mapa de la emisión lineal del hidrógeno (en rojo y azul) y el oxígeno (en verde) en el sistema PJ308-21, que se muestra después de enmascarar la luz del cuásar central ("QSO"). Los diferentes colores de la galaxia anfitriona del cuásar y las galaxias compañeras en este mapa revelan las propiedades físicas del gas que contienen. Crédito de la imagen: Decarli/INAF/A&A 2024.
Un grupo de investigación internacional dirigido por el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) e integrado por 34 institutos de investigación y universidades de todo el mundo utilizó el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para presenciar la dramática interacción entre un cuásar dentro del sistema PJ308-21 y dos galaxias satélite masivas en el Universo distante.
Las observaciones, realizadas en septiembre de 2022, revelaron detalles asombrosos y sin precedentes, que aportaron nuevos conocimientos sobre el crecimiento de las galaxias en el Universo primitivo. Los resultados, presentados el 5 de julio durante la reunión de la Sociedad Astronómica Europea (EAS 2024) en Padua (Italia), se publicarán próximamente en Astronomy & Astrophysics. Las observaciones de este cuásar (ya descrito por los mismos autores en otro estudio publicado el pasado mes de mayo), uno de los primeros estudiados con NIRSpec cuando el universo tenía menos de mil millones de años (corrimiento al rojo z = 6,2342), han revelado datos de una calidad sensacional: el instrumento “capturó” el espectro del cuásar con una incertidumbre de menos del 1% por píxel.
La galaxia anfitriona de PJ308–21 muestra alta metalicidad y condiciones de fotoionización típicas de un núcleo galáctico activo (AGN), mientras que una de las galaxias satélite exhibe baja metalicidad (que se refiere a la abundancia de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio) y fotoionización inducida por la formación estelar; una mayor metalicidad caracteriza a la segunda galaxia satélite, que está parcialmente fotoionizada por el cuásar.
El descubrimiento ha permitido a los astrónomos determinar la masa del agujero negro supermasivo situado en el centro del sistema (unos 2.000 millones de masas solares). También ha confirmado que tanto el cuásar como las galaxias que lo rodean están muy evolucionadas en cuanto a masa y enriquecimiento de metales, y en constante crecimiento. Esto tiene profundas implicaciones para nuestra comprensión de la historia cósmica y la evolución química de las galaxias, lo que resalta el impacto transformador de esta investigación.
Roberto Decarli, investigador del INAF en Bolonia y primer autor del artículo, explica: “Nuestro estudio revela que tanto los agujeros negros en el centro de los cuásares de alto corrimiento al rojo como las galaxias que los albergan experimentan un crecimiento extremadamente eficiente y tumultuoso ya en los primeros mil millones de años de historia cósmica, ayudados por el rico entorno galáctico en el que se forman estas fuentes”.
Los datos se obtuvieron en septiembre de 2022 como parte del Programa 1554, uno de los nueve proyectos liderados por Italia del primer ciclo de observación del JWST. Decarli lidera este programa para observar la fusión entre la galaxia que alberga el cuásar (PJ308-21) y dos de sus galaxias satélite. Las observaciones se han llevado a cabo en modo espectroscópico de campo integral: para cada píxel de la imagen se puede observar el espectro de toda la banda óptica (en el marco de reposo de la fuente), desplazado hacia el infrarrojo por la expansión del Universo. Esto permite estudiar diversos trazadores de gas (líneas de emisión) utilizando un enfoque 3D.
Gracias a esta técnica, el equipo liderado por el INAF detectó emisiones extendidas espacialmente de diferentes elementos, que sirvieron para estudiar las propiedades del medio interestelar ionizado, incluyendo la fuente y dureza del campo de radiación fotoionizante, la metalicidad, la oscurecimiento del polvo, la densidad y temperatura de los electrones y la tasa de formación estelar . Además, los investigadores detectaron marginalmente la emisión de luz estelar asociada a fuentes compañeras.
Federica Loiacono, astrofísica, investigadora y posdoctoral en el INAF, afirma: “Gracias a la sensibilidad del telescopio espacial James Webb en el infrarrojo cercano y medio, fue posible estudiar el espectro del cuásar y las galaxias compañeras con una precisión sin precedentes en el universo lejano. Sólo la excelente 'visión' que ofrece el JWST, con sus capacidades incomparables, puede garantizar estas observaciones”.
Fuente:
https://www.media.inaf.it/2024/07/05/jwst-quasar-rapida-crescita/