El Telescopio Espacial Webb capta la extraordinaria fusión de quásares y galaxias en el universo distante

Un equipo de investigación internacional, liderado por el Instituto Nacional 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 enormes galaxias satélite en el interior del Sistema PJ308-21.

Este notable descubrimiento proporciona nuevos conocimientos sobre el crecimiento de las galaxias en el universo temprano, ofreciendo una idea de los procesos que dieron forma al cosmos durante sus años de formación.

Observación de la interacción entre quásares y galaxias.

En septiembre de 2022, el JWST Espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) observó el Sistema PJ308-21revelando 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 de menos del 1% por píxel, lo que permitió a los investigadores estudiar las propiedades físicas del gas dentro. la galaxia anfitriona del cuásar y sus galaxias compañeras. Este alto nivel de detalle ha proporcionado datos invaluables que ayudan a comprender las primeras etapas de la formación de galaxias y el papel de los cuásares en este proceso.

Alta metalicidad y formación de estrellas.

La galaxia anfitriona de PJ308-21 exhibe condiciones de alta metalicidad y fotoionización típicas de una núcleo galáctico activo (AGN), mientras que una de las galaxias satélite muestra baja metalicidad y fotoionización inducida por la formación estelar. La segunda galaxia satélite, parcialmente fotoionizada por el cuásar, también muestra una alta metalicidad.

Estas observaciones confirman que tanto el cuásar como el galaxias circundantes Están muy evolucionados en términos de enriquecimiento de masa y metal y están en continuo crecimiento. Roberto Decarli, investigador del INAF y autor principal del estudio, dijo: «Nuestro estudio revela que tanto los agujeros negros en el centro de los quásares de alto corrimiento al rojo como las galaxias que los albergan experimentan un crecimiento extremadamente eficiente y tumultuoso ya en los primeros miles de millones de años». años de historia cósmica, ayudados por el rico entorno galáctico en el que se forman estas fuentes».

Técnicas innovadoras para análisis detallados.

Las observaciones se realizaron como parte de uno de los nueve proyectos liderados por Italia en la primera ronda de observaciones. el JWSTEl equipo utilizó espectroscopia de campo integral, lo que les permitió observar el espectro de toda la banda óptica para cada píxel de la imagen.

Esta técnica ha permitido el estudio de diversos gases trazadores y sus propiedades. medio interestelar ionizadoincluyendo metalicidad, oscurecimiento del polvo, densidad y temperatura de electrones y tasa de formación de estrellas.

Federica Loiacono, astrofísica e investigadora de INAFsubrayó la importancia de estas observaciones: «Gracias a NIRSpec, por primera vez podemos estudiar la banda óptica en el sistema PJ308-21, rico en valiosos datos de diagnóstico sobre las propiedades del gas cerca del agujero negro en la galaxia que alberga el quásar 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 qué tan rico en metales es el gas en las galaxias».

Información procedente de análisis de datos avanzados

Los datos recopilados a través de estas observaciones han permitido a los investigadores profundizar en las condiciones y procesos que ocurren bajo estas galaxias primordialesAl estudiar las líneas de emisión de diferentes elementos, el equipo pudo determinar las propiedades del medio interestelar ionizado, como la fuente y la intensidad de la radiación fotoionizante, los niveles de metalicidad y la densidad y temperatura de los electrones.

Este análisis detallado proporciona una imagen más clara de las condiciones físicas. en galaxias y cómo interactúan con el cuásar en su centro. «La experiencia en la reducción y calibración de estos datos, algunos de los primeros recopilados con NIRSpec en modo de espectroscopia de campo integral, ha garantizado una ventaja estratégica para la comunidad italiana en la gestión de datos similares de otros programas», dijo Loiacono.

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 permite a los astrónomos mapear el enriquecimiento de metales en las galaxias observado cuando el universo aún estaba en su infancia.

Roberto Decarli señaló: “Hasta hace un par de años, los datos sobre el enriquecimiento de metales (esenciales para comprender la evolución química de las galaxias) estaban casi fuera de nuestro alcance, especialmente a estas distancias. Ahora podemos mapearlos en detalle con solo unas pocas horas de investigación. observación, incluso en galaxias observadas cuando el universo estaba en su infancia».

Esta capacidad de medir y analizar las propiedades químicas de galaxias primordiales abre nuevos caminos para comprender los procesos que gobernaron su formación y evolución.

El impacto transformador del telescopio espacial James Webb

Los resultados de este estudio no sólo arrojan luz sobre el crecimiento y desarrollo temprano de galaxias y agujeros negros pero también demuestran el impacto transformador de las capacidades avanzadas del Telescopio Espacial James Webb.

El JWST La sensibilidad en los espectros del infrarrojo cercano y medio permite una precisión sin precedentes en la observación de objetos distantes, lo que permite recopilar datos detallados que antes eran inaccesibles. “El trabajo fue una verdadera 'montaña rusa emocional', con la necesidad de desarrollar soluciones innovadoras para superar las dificultades iniciales en la reducción de datos”, compartió Decarli, destacando los desafíos y triunfos del proceso de investigación.

COMO el JWST continúa observando el universo, se espera que revele más descubrimientos innovadores que profundizarán nuestra comprensión del cosmos y los procesos fundamentales que han dado forma a su evolución.