Los agujeros negros supermasivos activos muy distantes son los faros más brillantes del universo. Conocidas como cuásares, estas estrellas gigantes son galaxias igualmente distantes. En las últimas décadas, los investigadores han emprendido la búsqueda de tesoros cósmicos e identificado los tres cuásares más distantes conocidos en los últimos tres años, cada uno a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra. Los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos y las galaxias que los acompañan podrían tardar miles de millones de años en formarse. ¿Cómo pudieron estos cuásares haber sido tan gigantes, con miles de millones de masas solares, en los primeros 700 millones de años del universo? Una vez que ve más allá de su brillo, ¿cómo se ven sus galaxias compañeras? ¿Y cómo son sus «vidas»?

Estas son las preguntas que seguirán Xiaohui Fan y Jinyi Yang, ambos de la Universidad de Arizona, y Eduardo Bañados, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, con un equipo internacional de astrónomos, con observaciones tomadas con el James Webb. Telescopio espacial. . «Son cosas realmente valiosas», dijo Fan. «Hemos diseñado este programa para aprender todo lo que podamos pensar para que nuestro equipo y la comunidad astronómica en general puedan explorar estos cuásares».

Sensibilidad infrarroja web una luz– incluidas las longitudes de onda del infrarrojo medio que solo se pueden captar desde el espacio – permitiría al equipo observar estos objetos, cuya luz ha viajado durante 13 mil millones de años y abarca longitudes de onda desde la luz ultravioleta y visible hasta luz infrarroja. Webb tiene una sensibilidad incomparable y precisión espacial, que revelará las complejas estructuras de estos objetos distantes.

El equipo planea monitorear y analizar los datos en tres niveles: examinar de cerca los cuásares y estudiar las estrellas en el anfitrión circundante. galaxias Después de quitar la luz de los quásares y clasificar las galaxias cercanas. «Estos cuásares son cosas muy especiales», explicó Bañados. «Es por eso que queremos proporcionar la mejor caracterización posible de cada uno utilizando Webb».

Acercar y alejar

Fan Wyang y Panados no pierden ninguna oportunidad: usarán casi todas las herramientas disponibles en la web para monitorear estos cuásares. Primero, mejorarán las mediciones de masa de cada agujero negro supermasivo. «La existencia de estos agujeros negros desafía los modelos teóricos», dijo Yang. «Queremos obtener mediciones más precisas de sus masas para mejorar nuestra comprensión de cómo se formaron y crecieron tan rápidamente».

Para aumentar la precisión de las mediciones de corriente de otros observatorios, recurrirán a los espectros: datos que detallan las propiedades físicas de un objeto, incluida la composición química y la masa, proporcionados por el espectrómetro de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec). Esto permitirá al equipo producir agujeros negros más precisos.

A continuación, se centrarán en detectar galaxias detrás de la luz brillante de los quásares. Tomarán imágenes profundas y muy detalladas de cada objetivo utilizando una cámara web de infrarrojo cercano (NIRCam) y luego usarán modelos de computadora para eliminar la luz de los cuásares de cada uno. Las imágenes procesadas finales les darán su primera vista de la luz de las estrellas en sus galaxias anfitrionas. El equipo también obtendrá espectros utilizando el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb. Nadie puede predecir completamente lo que aprenderá. ¿Fueron estas galaxias antiguas más compactas? ¿Sus estrellas contienen más hidrógeno y helio? Sin duda, Webb producirá nuevos conocimientos.

El equipo también obtendrá espectros de cuásares y galaxias anfitrionas para rastrear cómo se mueve el gas en las galaxias anfitrionas y determinar si los agujeros negros supermasivos activos están enviando vientos calientes que calientan el gas galáctico. Aunque no todos pueden ver un ciclo de retroalimentación completo en tiempo real (¡lleva millones de años!), Pueden probar lo que hay con NIRSpec y comenzar a observar las conexiones entre los cuásares y sus galaxias anfitrionas.

También se «alejarán» para ver las galaxias cerca de estos cuásares. Las amplias observaciones de alta resolución de Webb ayudarán al equipo a distinguir galaxias cercanas utilizando el espectrofotómetro infrarrojo cercano, no rico (NIRISS) y NIRCam de la Web.

Finalmente, los investigadores también tomarán muestras de los entornos a gran escala alrededor de los cuásares: propiedades del gas y el polvo. ¿Cómo era el universo 700 u 800 millones de años después del Big Bang? Este fue un período conocido como la era de la reionización, cuando el gas intergaláctico era en gran parte opaco. Solo después de los primeros mil millones de años del universo, el gas se volvió completamente transparente, lo que permitió que la luz viajara más fácilmente. El equipo medirá todo entre nosotros y los quásares usando NIRSpec. «Sabemos que estos cuásares existían cuando el universo era cincuenta por ciento neutral», explicó Bañados. «Estos objetivos representan una era importante para el universo, esencialmente la culminación de esta transición. Webb proporcionará nuevas limitaciones sobre lo que fue ese período».

Fan, Yang y Panados compartirán la suerte de este completo programa de observación mediante la liberación de datos y herramientas a la comunidad astronómica para acelerar la búsqueda integral de cuásares en el universo temprano. «Webb nos ayudará a dar el próximo salto cuántico en la comprensión de estas cosas», dijo Fan.