Analizando profundamente el espacio y el tiempo, dos equipos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han estudiado la galaxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existió cuando nuestro universo de 13.800 millones de años tenía solo unos 430 millones de años.
Detectada inicialmente con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, esta galaxia, una de las más jóvenes y distantes jamás observadas, es tan brillante que está desafiando a los científicos a comprender por qué. Ahora, GN-z11 está revelando algunos de sus secretos.
Un vigoroso agujero negro es el más distante jamás encontrado
Un equipo que estudia GN-z11 con Webb encontró la primera evidencia clara de que la galaxia alberga un agujero negro central supermasivo que está acretando materia rápidamente. Su hallazgo lo convierte en el agujero negro supermasivo activo más lejano detectado hasta la fecha.
"Encontramos gas extremadamente denso que es común en las cercanías de los agujeros negros supermasivos que acretan gas", explicó el investigador principal Roberto Maiolino, del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. "Estas fueron las primeras señales claras de que GN-z11 está albergando un agujero negro que está engullendo materia".
Usando Webb, el equipo también encontró indicios de elementos químicos ionizados que normalmente se observan cerca de agujeros negros supermasivos en acreción. Además, descubrieron un viento muy poderoso expulsado por la galaxia. Estos vientos de alta velocidad suelen ser impulsados por procesos asociados a la acreción vigorosa de agujeros negros supermasivos.
"La NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) de Webb ha revelado un componente extendido, que rastrea la galaxia anfitriona, y una fuente central y compacta cuyos colores son consistentes con los de un disco de acreción que rodea a un agujero negro", dijo la investigadora Hannah Übler, también del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli.
En conjunto, esta evidencia muestra que GN-z11 alberga un agujero negro supermasivo de 2 millones de masas solares en una fase muy activa de consumo de materia, por lo que es tan luminoso.
Un cúmulo de gas prístino en el halo de GN-z11 intriga a los investigadores
Un segundo equipo, también dirigido por Maiolino, utilizó el NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) de Webb para encontrar un grupo gaseoso de helio en el halo que rodea a GN-z11.
"El hecho de que no veamos nada más allá del helio sugiere que este grupo debe ser bastante prístino", dijo Maiolino. "Esto es algo que se esperaba por la teoría y las simulaciones en las cercanías de galaxias particularmente masivas de estas épocas: que debería haber bolsas de gas prístino que sobrevivan en el halo, y estas pueden colapsar y formar cúmulos estelares de Población III".
Encontrar las estrellas nunca antes vistas de la Población III, la primera generación de estrellas formadas casi en su totalidad a partir de hidrógeno y helio, es uno de los objetivos más importantes de la astrofísica moderna. Se prevé que estas estrellas sean muy masivas, muy luminosas y muy calientes. Su firma esperada es la presencia de helio ionizado y la ausencia de elementos químicos más pesados que el helio.
La formación de las primeras estrellas y galaxias marca un cambio fundamental en la historia cósmica, durante el cual el universo evolucionó de un estado oscuro y relativamente simple al entorno altamente estructurado y complejo que vemos hoy.
Imagen: Cúmulo de gas prístino cerca de GN-z11
En futuras observaciones de Webb, Maiolino, Übler y su equipo explorarán GN-z11 en mayor profundidad, y esperan fortalecer el caso de las estrellas de Población III que pueden estar formándose en su halo.
La investigación sobre el grupo de gas prístino en el halo de GN-z11 ha sido aceptada para su publicación por Astronomy & Astrophysics. Los resultados del estudio del agujero negro de GN-z11 se publicaron en la revista Nature el 17 de enero de 2024. Los datos se obtuvieron como parte del JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un proyecto conjunto entre los equipos de NIRCam y NIRSpec.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y sondeando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
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