Usando el Telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos han descubierto agujeros negros supermasivos distantes y demasiado masivos en el universo temprano. Los agujeros negros parecen demasiado masivos en comparación con la masa de las estrellas en las galaxias que los albergan.
En el universo moderno, para galaxias cercanas a la nuestra vía Láctea, agujeros negros supermasivos Tienden a tener masas iguales a alrededor del 0.01% de la masa estelar de su galaxia anfitriona. Por lo tanto, por cada 10,000 masas solares atribuidas a estrellas en una galaxia, hay alrededor de una masa solar de un agujero negro supermasivo central.
En el nuevo estudio, los investigadores calcularon estadísticamente que los agujeros negros supermasivos en algunas de las primeras galaxias observadas por Jwst Tener masas del 10% de la masa estelar de sus galaxias. Eso significa que por cada 10,000 masas solares en estrellas en cada una de estas galaxias, hay 1,000 masas solares de un agujero negro supermasivo.
«La masa de estos agujeros negros supermasivos es muy alta en comparación con la masa estelar de las galaxias que los albergan», dijo a Space.com, líder del equipo, Jorryt Matthee, científico del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA). «Al pie de la letra, nuestras mediciones implican que la masa supermasiva del agujero negro es el 10% de la masa estelar en las galaxias que estudiamos».
«En el escenario más extremo, esto implicaría que los agujeros negros son 1,000 veces demasiado pesados».
El descubrimiento podría acercar a los astrónomos un paso más a resolver el misterio de cómo los agujeros negros supermasivos con masas millones o incluso miles de millones de veces que el sol creció tan rápido en el universo temprano.
«En lugar de decir que este descubrimiento es» preocupante «, diría que es» prometedor «, ya que la gran discrepancia sugiere que estamos a punto de aprender algo nuevo», agregó Matthee.
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La historia comienza con pequeños puntos rojos
Desde que JWST comenzó a transmitir datos a la Tierra en el verano de 2022, el telescopio de $ 10 mil millones ha ayudado a los astrónomos a refinar su comprensión del cosmos temprano.
Esto ha incluido el descubrimiento de agujeros negros supermasivos con millones de masas solares cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Esto es problemático, porque los científicos han estimado que las cadenas de fusión de los agujeros negros progresivamente más grandes y la voraz que se alimentan de la materia circundante que conduce a los agujeros negros a los tamaños supermasivos se cree que demoran más de mil millones de años.
Otro aspecto significativo de esta investigación del universo temprano de JWST ha sido el descubrimiento de «pequeñas galaxias de punto rojo«Algunos de los cuales existieron solo 1.500 millones de años después del Big BangCuando el universo era alrededor del 11% de su edad actual.
Se cree que la coloración roja de estas primeras galaxias sorprendentemente brillantes proviene del gas y el polvo en una nube aplanada de materia alrededor de agujeros negros supermasivos llamados disco de acreción. A medida que los agujeros negros gigantes se alimentan de este asunto, emiten grandes cantidades de energía electromagnética, de una región compacta conocida como una núcleo galáctico activo (AGN).
«En 2023 y 2024, nosotros y otros grupos descubrimos una población previamente oculta de AGN en el universo temprano en los primeros conjuntos de datos del JWST», dijo Matthee. «La luz que vemos de estos objetos, en particular la luz más roja, se origina en los discos de acumulación alrededor de agujeros negros supermasivos.
«Estos objetos se conocieron como ‘Little Red Dots’ porque así es como aparecen en las imágenes JWST».
Actualmente, esta población galáctica temprana es muy emocionante, aunque poco conocida. Por ejemplo, en el universo temprano, los pequeños puntos rojos parecen ser mucho más numerosos en comparación con las poblaciones de AGN previamente conocidas vistas desde la Tierra como un agujero negro supermasivo cuásares.
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«Los pequeños puntos rojos también muestran algunas propiedades muy notables, como el desmayo en la emisión de rayos X, que es bastante inusual para AGN, y la emisión infrarroja también es inusual», dijo Matthee. «Debido a estas complicaciones, estamos luchando por interpretar la luz que observamos de los pequeños puntos rojos, lo que significa que es muy difícil estudiar sus propiedades».
Aquí es donde entra el nuevo trabajo de Matthee y sus colegas. Utilizando un conjunto de datos de la encuesta de JWST Year 2 (Ciclo 2) «Todas las pequeñas cosas (alt)», el equipo construyó un mapa 3D preciso de todas las galaxias en una región específica en el cielo.
«Dentro de esa región, hemos identificado siete pequeños puntos rojos, similares a estudios anteriores, pero ahora hemos podido comparar las ubicaciones de estos pequeños puntos rojos en el mapa de Galaxy 3D», dijo Matthee.
Los pequeños puntos rojos del equipo se encuentran tan lejos que su luz ha estado viajando a nosotros durante unos 12.5 mil millones de años. Están agrupados en el llamado Web cósmica de galaxias, con su posicionamiento de suma importancia.
Little Red Dot Galaxies son bocados en una red cósmica
La posición de las galaxias en la red cósmica depende del tipo de galaxia. Se encuentran galaxias masivas más evolucionadas en regiones demasiado densas como la Nodos donde se conectan los hilos de la web.Las galaxias más jóvenes y de menor masa tienden a encontrarse en regiones menos densas de la red cósmica, a lo largo de la longitud de los hilos individuales lejos de los nodos.
«Hemos descubierto que los pequeños puntos rojos están en entornos que se parecen a galaxias jóvenes de baja masa», dijo Matthee. «Esto implica que las pequeñas galaxias del punto rojo también son galaxias jóvenes de baja masa».
El hecho de que estas pequeñas galaxias del punto rojo contengan AGNS han proporcionado evidencia de que los primeros agujeros negros están creciendo activamente en galaxias con masas estelares tan bajas como alrededor de 100 millones de veces que el del sol.
Una posible explicación para esto es que los agujeros negros supermasivos en el universo temprano lograron formarse y crecer de manera mucho más eficiente que los del universo actual. Esto podría deberse a los más consumo rápido de gas circundante y materia.
«En mi opinión, la explicación más probable es el crecimiento extremadamente rápido de los agujeros negros supermasivos nutridos por las altas densidades de gas de las galaxias en el universo temprano», dijo Matthee. «Estas densidades conducen simultáneamente a altas densidades estelares, lo que promueve la formación supermasiva de agujeros negros a través de facilitar colisiones fugitivas de agujeros negros remanentes».
Si eso es cierto, entonces la formación de estrellas y agujeros negros supermasivos en las galaxias está intrínsecamente vinculada, con estos procesos dependiendo el uno del otro. Aunque los agujeros negros supermasivos crecen más rápido en las primeras galaxias, la formación de estrellas se pone al día, lo que lleva a la relación de masa 1: 100 que se observa hoy.
Esto aún no confirma las teorías de rápido crecimiento sobre otras explicaciones de crecimiento de agujeros negros supermasivos, como la idea de que estos titanes cósmicos crecen a partir de semillas masivas de agujeros negros creados por el colapso directo de enormes nubes de gas y polvo.
Sin embargo, Matthee agregó que ahora será difícil para los teóricos sortear las bajas masas de Galaxy Galaxy cuando se consideran teorías competidoras.
Matthee explicó que los próximos pasos tanto para el equipo como para la comunidad astronómica más amplia son eliminar la posibilidad de que la relación masa de masa/agujero negro estelar que encontraron no sea el resultado de mediciones inexactas o un sesgo de selección que pueda haber favorecido la más activa Y así, enormes agujeros negros supermasivos.
Esto probablemente implicará el descubrimiento de más pequeñas galaxias de punto rojo, una cacería que el JWST sin duda estará en el corazón de.
«El JWST ha sido importante por dos razones principales: sin él, no habríamos descubierto esas poblaciones de AGN débiles», concluyó Matthee. «Además, sin el JWST, no hubiéramos podido hacer el mapa 3D preciso de las distribuciones de galaxias que usamos para inferir las propiedades de las galaxias que alojan los débiles AGN.
«¡Es un campo de investigación muy emocionante en este momento!»
La investigación del equipo aún no se ha publicado en una revista revisada por pares. Se ha publicado en el sitio del repositorio de papel arxiv.
Publicado originalmente en Space.com.
