ASTRONOMÍA. Nuevos hallazgos del JWST: cómo los agujeros negros pasaron de crear estrellas a apagarlas

Nuevos hallazgos del JWST: cómo los agujeros negros pasaron de crear estrellas a apagarlas, james webb

 

La transición en las tasas de formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros a medida que el corrimiento al rojo disminuye desde regímenes en los que domina la retroalimentación positiva a una época posterior en la que la retroalimentación es en gran medida negativa. Fuente: Steven Burrows, Rosemary Wyse y Mitch Begelman.

Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo comprender el universo primitivo y, gracias al Telescopio Espacial James Webb (JWST), ha surgido una pieza fundamental del rompecabezas. Los "ojos" detectores de infrarrojos del telescopio han detectado una serie de pequeños puntos rojos, identificados como algunas de las primeras galaxias formadas en el universo.

07 febrero 2024.- Este sorprendente descubrimiento no es sólo una maravilla visual, es una pista que podría desbloquear los secretos de cómo las galaxias y sus enigmáticos agujeros negros comenzaron su viaje cósmico.

El sorprendente descubrimiento de James Webb es que el universo no sólo tiene estos objetos muy compactos y brillantes en el infrarrojo, sino que probablemente sean regiones donde ya existen enormes agujeros negros. Se pensaba que eso era imposible.

Los astrónomos publicaron sus hallazgos en The Astrophysical Journal Letters, sugiriendo que se necesitan nuevas teorías de la creación galáctica para explicar la existencia de estos enormes agujeros negros.

El cuento tradicional de la formación de galaxias

Los astrónomos habían postulado anteriormente una evolución algo ordenada al pensar en cómo se formaron las galaxias. Las teorías convencionales sostenían que las galaxias se forman gradualmente y se ensamblan a lo largo de miles de millones de años. En esta lenta evolución cósmica, se pensaba que las estrellas emergían primero, iluminando la oscuridad primordial.

La idea era pasar de esta primera generación de estrellas a que las galaxias estuvieran realmente dominadas principalmente por estrellas. Luego, hacia el final de este proceso, se empieza a construir estos agujeros negros.

Se creía que los agujeros negros supermasivos, esas enigmáticas y poderosas entidades, aparecían después de las primeras estrellas, creciendo silenciosamente en el núcleo galáctico. Se los consideraba reguladores y ocasionalmente entraban en acción para moderar la formación de nuevas estrellas, manteniendo así el equilibrio galáctico.

Desafiando la sabiduría convencional

Gracias a las observaciones de los "pequeños puntos rojos" realizadas por el JWST, los investigadores descubrieron que las primeras galaxias del universo eran más brillantes de lo esperado, ya que muchas mostraban estrellas coexistiendo con agujeros negros centrales conocidos como quásares.

Los cuásares son los objetos más luminosos del universo. Son productos de la acumulación de gas en agujeros negros masivos en los núcleos de las galaxias que generan inmensas luminosidades, eclipsando a sus galaxias anfitrionas. Son como monstruos en el nido del cuco.

Al ver la coexistencia de estrellas con agujeros negros, los investigadores rápidamente se dieron cuenta de que las teorías convencionales sobre la formación de galaxias tenían que ser erróneas. 

A partir de este nuevo enfoque, los investigadores descubrieron que la relación entre la formación de estrellas y la formación de agujeros negros parecía más estrecha de lo esperado, ya que inicialmente cada una amplificaba el crecimiento del otro a través de un proceso conocido como retroalimentación positiva .

La formación de estrellas acelera la formación de agujeros negros masivos, y viceversa, en una interacción inextricablemente conectada de violencia, nacimiento y muerte que es el nuevo faro de la formación de galaxias.

Luego, después de casi mil millones de años, los gigantes nutritivos se volvieron represores, agotando las reservas de gas en sus galaxias y apagando la formación estelar . Esta "retroalimentación negativa" se debió a flujos de salida de energía que conservaban energía: poderosos vientos que expulsaron el gas de las galaxias, privándolas del material necesario para crear nuevas estrellas.

Una nueva línea de tiempo galáctica

Armados con la revelación del comportamiento de crianza de los agujeros negros, los investigadores propusieron una nueva línea de tiempo para el cambio de la retroalimentación positiva a la negativa en la formación temprana de galaxias. Al observar los diferentes espectros de luz y las firmas químicas emitidas por estos "pequeños puntos rojos", los investigadores sugirieron que este cambio ocurrió hace unos 13 mil millones de años, mil millones de años después del Big Bang, un período que los astrónomos clasifican como "z ≈6. "

Identificar esta época de transición ayuda a los astrónomos a centrarse en períodos específicos de la historia del universo para su observación. Puede guiar futuras estrategias de observación utilizando telescopios como JWST y otros para estudiar el universo primitivo de manera más efectiva. Además, al comprender cuándo ocurrió este cambio, los astrónomos pueden contextualizar mejor las características de las galaxias modernas, incluido el tamaño, la forma, la composición de las estrellas y el nivel de actividad.

Validando un proceso novedoso

Para validar esta nueva teoría de formación galáctica colaborativa entre las estrellas y los agujeros negros, y proporcionar más información sobre los procesos involucrados, se necesitan simulaciones por computadora.

Esto llevará algún tiempo. Las simulaciones por computadora actuales son bastante primitivas y se necesita alta resolución para comprender todo. Requiere mucha potencia informática y es costosa.

Hasta entonces, hay otros pasos que la comunidad astronómica puede tomar para revisar y validar esta nueva teoría.

Los próximos pasos vendrán de la mejora de las observaciones.  En los próximos años se liberará toda la potencia del JWST para estudiar los espectros de las galaxias más distantes.

Más información: Joseph Silk et al, Which Came First: Supermassive Black Holes or Galaxies? Insights from JWST, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ad1bf0

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