Un equipo de investigación internacional, liderado por el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), utilizó el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para capturar un evento extraordinario en el universo distante: la espectacular interacción entre un cuásar y dos galaxias satélite masivas dentro del sistema PJ308-21. Este notable descubrimiento proporciona nuevos conocimientos sobre el crecimiento de las galaxias en el universo temprano, ofreciendo información sobre los procesos que dieron forma al cosmos durante sus años de formación.
Observación de la interacción cuásar-galaxia
En septiembre de 2022, el NIRSpec del JWST observó el Sistema PJ308-21, revelando detalles sin precedentes sobre esta fusión cuásar-galaxia. El cuásar, ubicado en una galaxia que existía cuando el universo tenía menos de mil millones de años, fue observado con notable precisión. El instrumento NIRSpec capturó el espectro del cuásar con una incertidumbre inferior al 1% por píxel, lo que permitió a los investigadores estudiar las propiedades físicas del gas en su interior y en sus galaxias compañeras. Este alto nivel de detalle ha proporcionado datos valiosos que ayudan a comprender las primeras etapas de la formación de galaxias y el papel de los quásares en este proceso.
Alta metalicidad y formación de estrellas
La galaxia anfitriona de PJ308-21 exhibe alta metalicidad y condiciones de fotoionización típicas de un núcleo galáctico activo (AGN), mientras que una de las galaxias satélite exhibe baja metalicidad y fotoionización inducida por la formación estelar. La segunda galaxia satélite, parcialmente fotoionizada por el cuásar, también presenta una fuerte metalicidad. Estas observaciones confirman que el cuásar y las galaxias circundantes están muy evolucionados en términos de masa y enriquecimiento de metales y están experimentando un crecimiento constante.
Roberto Decarli, investigador del INAF y autor principal del estudio, dijo: “Nuestro estudio revela que los agujeros negros en los centros de los quásares de alto corrimiento al rojo y las galaxias que los albergan experimentan un crecimiento extremadamente eficiente y tumultuoso desde los primeros mil millones de años de la historia cósmica. Esto es ayudado por el rico entorno galáctico en el que se forman estas fuentes.”
Técnicas innovadoras para análisis detallados
Las observaciones se llevaron a cabo como parte de uno de los nueve proyectos llevados a cabo por Italia como parte del primer ciclo de observación del JWST. El equipo utilizó espectroscopía de campo integral, lo que les permitió observar todo el espectro de banda óptica para cada píxel de la imagen. Esta técnica permitió estudiar diversos trazadores de gases y las propiedades del medio interestelar ionizado, incluyendo metalicidad, oscurecimiento del polvo, densidad y temperatura de electrones y tasa de formación de estrellas.
Federica Loiacono, astrofísica e investigadora de INAF, destacó la importancia de estas observaciones: “Gracias a NIRSpec, podemos estudiar por primera vez la banda óptica en el sistema PJ308-21, rica en valiosos datos de diagnóstico sobre las propiedades del gas cerca del agujero negro en la galaxia que alberga el cuásar y en las galaxias circundantes. Podemos ver, por ejemplo, la emisión de átomos de hidrógeno y compararla con los elementos químicos producidos por las estrellas para establecer la riqueza metálica del gas galáctico.”
Implicaciones para la historia cósmica
La capacidad de estudiar la composición química y las propiedades físicas de las galaxias con tanto detalle tiene profundas implicaciones para nuestra comprensión de la historia cósmica y la evolución química de las galaxias. Los datos recopilados por el JWST permiten a los astrónomos mapear el enriquecimiento de metales en las galaxias observado cuando el universo aún estaba en su infancia.
Roberto Decarli destacó: “Hasta hace unos años, los datos sobre el enriquecimiento de metales (esencial para comprender la evolución química de las galaxias) estaban casi fuera de nuestro alcance, especialmente a estas distancias. Hoy en día, podemos mapearlos en detalle a las pocas horas de observación, incluso en galaxias observadas cuando el universo aún estaba en su infancia.”
Esta capacidad de medir y analizar las propiedades químicas de las primeras galaxias abre nuevas vías para comprender los procesos que gobernaron su formación y evolución.
Los resultados de este estudio no solo arrojan luz sobre el crecimiento y desarrollo tempranos de las galaxias y agujeros negros, sino que también demuestran el impacto transformador de las capacidades avanzadas del Telescopio Espacial James Webb.
El JWST tiene la sensibilidad en el espectro infrarrojo cercano y medio que permite una precisión sin precedentes en la observación de objetos distantes, lo que permite la recopilación de datos detallados que antes eran inaccesibles. “Este trabajo representó una verdadera montaña rusa emocional, con la necesidad de desarrollar soluciones innovadoras para superar las dificultades iniciales asociadas a la reducción de datos”, explicó Decarli, destacando los desafíos y triunfos del proceso de investigación.
A medida que el JWST continúa observando el universo, se esperan nuevos descubrimientos innovadores que profundizarán nuestra comprensión del cosmos y los procesos fundamentales que han dado forma a su evolución.
