Webb ve docenas de cuásares jóvenes en los primeros mil millones de años del universo

Dentro de casi todas las galaxias hay un agujero negro supermasivo. Millones, y a veces miles de millones, de masas solares están confinadas en el horizonte de sucesos del espacio y el tiempo. Pueden activar quásares luminosos, impulsar la formación de estrellas y alterar la evolución de las galaxias. Debido a su tamaño y abundancia, los agujeros negros supermasivos debieron formarse temprano en la historia cósmica. Pero cuánto tiempo seguirá siendo una pregunta sin respuesta. Es el tema central de un reciente estudio sobre arXiv.

El equipo se centró en quásares distantes. Dado que el brillo de un agujero negro depende en parte del tamaño del agujero negro, puede usarse como una forma de medir la masa de los primeros agujeros negros supermasivos. Si bien los quásares eran bastante comunes en el universo primitivo, el equipo quería estudiar los quásares más distantes, que pueden parecernos muy débiles. Por lo tanto, confiaron en varios estudios del cielo de JWST, incluidos COSMOS-Web, JADES, UNCOVER, CEERS y PRIMER.

A través de estos estudios, identificaron 350 galaxias compactas con corrimientos al rojo superiores a z = 6. La luz de estas galaxias comenzó su viaje a la Tierra cuando el universo tenía menos de mil millones de años, lo que las convirtió en una de las primeras galaxias. Entre ellos, 64 parecen contener quásares, lo que indica la presencia de un agujero negro supermasivo activo. Luego compararon la luminosidad y el corrimiento al rojo para determinar la edad y la masa de los agujeros negros. Una muestra de 64 no es enorme, pero es suficiente para que el equipo ejecute simulaciones de Monte Carlo para determinar cómo evolucionan los agujeros negros.

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¿Cómo se comparan los modelos de crecimiento de agujeros negros con las observaciones? Crédito: Andika, et al.

Descubrieron que, estadísticamente hablando, estos agujeros negros supermasivos eran muy grandes en comparación con sus galaxias, con una masa de hasta diez millones de masas solares, en comparación con la masa de una galaxia de unos pocos miles de millones de masas solares. Esta proporción es mayor que la encontrada en el universo local, lo que indica que los agujeros negros se forman antes, cuando su galaxia es joven, y no más tarde, cuando la galaxia es más grande y está más evolucionada. Esto apoya el modelo de colapso directo de los agujeros negros supermasivos en lugar de la idea de que su masa crece a través de la fusión de agujeros negros más pequeños.

Los autores señalan que hay poco sesgo de observación en sus datos. Dados los límites de observación, es probable que veamos agujeros negros tempranos más brillantes y, por lo tanto, más masivos. Entonces, si bien este estudio muestra que al menos algunos agujeros negros supermasivos se formaron por colapso directo, esto no significa que todos lo hicieron.

Pero se están realizando más estudios del cielo profundo y, con más datos, tendremos más agujeros negros tempranos para estudiar. Ahora conocemos docenas de los primeros agujeros negros supermasivos. A medida que ese número crezca hasta los cientos, deberíamos poder comprender los diferentes orígenes de los agujeros negros galácticos.

referencia: Andika, Irham T., et al. «Seguimiento del surgimiento de agujeros negros supermasivos: una búsqueda pancromática de cuásares débiles y no oscurecidos en z > 6 utilizando COSMOS-Web y otros estudios«. edición arxiv arXiv:2401.11826 (2024).

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