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Telescopio espacial James Webb detecta el agujero negro supermasivo activo más distante jamás visto

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha detectado el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha.


La galaxia que alberga el antiguo agujero negro, CEERS 1019, se formó bastante temprano en la historia del universo, solo 570 millones de años después del Big Bang. El agujero negro supermasivo activo en el centro de CEERS 1019 es inusual no solo por su edad y distancia, sino también porque pesa solo 9 millones de masas solares, lo que significa que es 9 millones de veces más pesado que el sol. Por lo general, la mayoría de los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo pesan más de mil millones de masas solares, lo que los hace más brillantes y fáciles de detectar. 

El tamaño relativamente pequeño del agujero negro en el centro de CEERS 1019 es algo así como un rompecabezas. Según una declaración del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, que administra las operaciones científicas de JWST, “todavía es difícil explicar cómo se formó tan pronto después de que comenzó el universo”. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que los agujeros negros más pequeños deben haberse formado en los primeros días del universo, pero estas observaciones son las primeras en verlos con tanto detalle. “Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que debe haber agujeros negros de menor masa en el universo primitivo. Webb es el primer observatorio que puede capturarlos con tanta claridad”, dijo Dale Kocevski de Colby College en Waterville, Maine, quien dirigió uno de los tres nuevos estudios .que usó JWST para observar el universo distante. “Ahora pensamos que los agujeros negros de menor masa podrían estar por todas partes, esperando ser descubiertos”.

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El agujero negro en CEERS 1019 se descubrió utilizando datos recopilados por el telescopio espacial James Webb como parte de la encuesta Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), un programa de investigación diseñado para probar y validar métodos para mirar hacia atrás en la historia del universo en una región del espacio entre las constelaciones de Ursa Major y Bootes. Los datos recopilados para la encuesta ya tienen a los astrónomos emocionados.

“Hasta ahora, la investigación sobre los objetos en el universo primitivo era en gran parte teórica”, dijo Steven Finkelstein, astrónomo de la Universidad de Texas en Austin, quien dirige la Encuesta CEERS y es coautor de uno de los estudios de CEERS 1019 que utilizó los datos de JWST. “Con Webb, no solo podemos ver agujeros negros y galaxias a distancias extremas, ahora podemos comenzar a medirlos con precisión. Ese es el tremendo poder de este telescopio”.


Este gráfico muestra las detecciones de los agujeros negros supermasivos activos más distantes conocidos actualmente en el universo.  El agujero negro más distante es CEERS 1019, que existió poco más de 570 millones de años después del Big Bang.  CEERS 746 fue detectado mil millones de años después del Big Bang.  Actualmente, el tercer lugar lo ocupa CEERS 2782, que existió 1.100 millones de años después del Big Bang.(Crédito de la imagen: Imagen: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). Ciencia: Steve Finkelstein (UT Austin))

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JWST pudo recopilar una gran cantidad de datos espectrales en CEERS 1019, las firmas electromagnéticas que revelan la composición química, la masa y otras propiedades de la galaxia. Los datos revelan que la galaxia está produciendo activamente nuevas estrellas, posiblemente como resultado de una fusión con otra galaxia que alimenta la actividad en el agujero negro central de CEERS 1019.


Datos espectrales de CEERS 1019 recopilados por JWST.  El pico blanco justo después de las 4,7 micras representa hidrógeno.  Los datos de Webb se ajustan a dos modelos, porque más de una fuente es responsable de la forma de los datos.  El modelo ancho en la parte inferior, representado en amarillo, se ajusta al remolino de gas más rápido en el disco de acreción activo del agujero negro.  El modelo morado con un pico alto se adapta al gas más lento de la galaxia;  esta es la emisión de estrellas que se están formando activamente.(Crédito de la imagen: Imagen: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). Ciencia: Steve Finkelstein (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Pablo Arrabal Haro (NSF’s NOIRLab)).

Además de detectar el agujero negro en el centro de CEERS 1019, la encuesta también encontró otros dos agujeros negros supermasivos “ligeros” con masas más pequeñas que las que se ven típicamente en los agujeros negros a esa distancia.

Estos dos agujeros negros, en el centro de las galaxias CEERS 2782 y CEERS 746, se formaron 1100 millones de años y 1000 millones de años después del Big Bang, respectivamente. Cada uno pesa alrededor de 10 millones de masas solares.

A modo de comparación: el agujero negro en el corazón de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, conocido como Sagitario A*, es aproximadamente 4,3 millones de veces más masivo que el sol. Pero eso es bastante ligero para un agujero negro supermasivo moderno. El gigante en el centro de la galaxia M87 , por ejemplo, alberga alrededor de 6.500 millones de masas solares.

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El primer espectro prueba que el agujero negro CEERS 2782 existió solo 1.100 millones de años después del Big Bang, emitiendo su luz hace 12.700 millones de años.  Los datos de Webb también muestran que está libre de polvo.  El segundo, CEERS 746, existió un poco antes, mil millones de años después del Big Bang, pero su brillante disco de acreción todavía está parcialmente nublado por el polvo.  (Crédito de la imagen: Imagen: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). Ciencia: Steve Finkelstein (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Pablo Arrabal Haro (NSF’s NOIRLab))

Se han descubierto 11 galaxias en total utilizando los datos de la encuesta CEERS de JWST, galaxias que se cree que se formaron entre 470 y 675 millones de años después del Big Bang. Los datos producidos por el estudio de estas galaxias podrían revolucionar la comprensión de los astrónomos sobre cómo se formaron y evolucionaron las estrellas y las galaxias a lo largo de la historia cósmica, dijeron los investigadores. 

“Estoy abrumado por la cantidad de espectros altamente detallados de galaxias remotas que devolvió Webb”, dijo Pablo Arrabal Haro de NOIRLab, autor principal de uno de los estudios que utilizan la encuesta CEERS. “Estos datos son absolutamente increíbles”.

Referencias: Tres estudios separados que utilizan datos de CEERS Survey han sido aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal Letters y están disponibles en el servidor de preimpresión arXiv.

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