Una parte del campo de galaxias GOODS-Norte se muestra en esta imagen realizada por el NIRCam (Near-Infrared Camera) del Webb. En la parte inferior derecha, se puede ver la galaxia GN-z11 en un momento exacto 430 millones de años después del big bang en un recorte. La imagen muestra un componente extendido que sigue la galaxia anfitriona de GN-z11, así como una fuente central cuyos colores se asemejan a los de un disco de acreción rodeando un agujero negro. Crédito de la imagen: NASA / ESA
Dos equipos utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA han estudiado la galaxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existía cuando nuestro universo tenía solo unos 430 millones de años.
Esta galaxia, que fue detectada por primera vez con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, es una de las más jóvenes y distantes que se han visto hasta ahora, y es tan brillante que los científicos no pueden comprender por qué. El GN-z11 ahora revela algunos de sus secretos.
El vigoroso agujero negro del GN-z11 es el más distante que se ha visto.
Un grupo de investigadores que trabajan con el Webb en la investigación del GN-z11 descubrió la primera prueba evidente de que en la galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo central que está acumulando materia rápidamente. Su descubrimiento lo convierte en el agujero negro supermasivo activo más lejano que se ha encontrado hasta la fecha.
El investigador principal Roberto Maiolino del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli de Cosmología de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido explicó que se ha encontrado gas muy denso que es común en las cercanías de agujeros negros supermasivos que acumulan gas. Estas fueron las primeras señales evidentes de que GN-z11 contiene un agujero negro que consume materia.
El equipo también encontró señales de elementos químicos ionizados, que a menudo se ven cerca de agujeros negros supermasivos en acreción, utilizando el Webb. Además, descubrieron que la galaxia estaba expulsando un viento muy fuerte. Estos vientos de alta velocidad suelen ser impulsados por procesos asociados con agujeros negros supermasivos que se acumulan vigorosamente.
La investigadora Hannah Übler, también del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli, dijo: «La NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) del Webb ha revelado un componente extendido, que rastrea la galaxia anfitriona, y una fuente central compacta cuyos colores son consistentes con los de un disco de acreción que rodea un agujero negro».
En conjunto, esta evidencia demuestra que GN-z11 es tan luminoso porque alberga un agujero negro gigantesco de 2 millones de masa solar durante una fase muy activa de consumo de materia.
Bolsas de gas prístino en el halo del GN-z11.
Un equipo adicional liderado por Maiolino utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del Webb para descubrir una masa de gaseosa de helio en el halo que rodea al GN-z11.
Maiolino comentó: «El hecho de que no veamos nada más que helio sugiere que este grupo debe ser bastante prístino». En la época de las galaxias masivas, la teoría y las simulaciones anticipaban que habría bolsas de gas prístino en el halo que podrían colapsar y formar cúmulos de estrellas de Población III.
Uno de los objetivos más importantes de la astrofísica moderna es encontrar las estrellas de Población III, que son la primera generación de estrellas formadas casi en su totalidad de hidrógeno y helio. Estas estrellas deberían ser muy masivas, muy luminosas y muy calientes. La presencia de helio ionizado y la ausencia de elementos químicos más pesados que el helio son sus características esperadas.
La formación de las primeras estrellas y galaxias marca un cambio significativo en la historia cósmica, durante el cual el universo evolucionó desde un estado oscuro y relativamente simple hasta el entorno altamente estructurado y complejo que vemos hoy.
En futuras observaciones con el Telescopio James Webb, Maiolino, Übler y su equipo explorarán GN-z11 con mayor profundidad y esperan fortalecer los argumentos a favor de las estrellas de Población III que pueden estar formándose en su halo.
La investigación sobre la prístina masa de gas en el halo de GN-z11 ha sido aceptada para su publicación por Astronomy & Astrophysics. Los resultados del estudio del agujero negro 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 NIRCam y NIRSpec.
REFERENCIAS
Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record. STScI: https://hubblesite.org/contents/news-releases/2016/news-2016-07.html
A small and vigorous black hole in the early Universe. Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07052-5
JWST-JADES. Possible Population III signatures at z=10.6 in the halo of GN-z11. ArXiv: https://arxiv.org/abs/2306.00953
A small and vigorous black hole in the early Universe. ArXiv: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07052-5
