Impresionante fusión de cuásar y galaxias en el universo remoto

Observaciones en infrarrojo con el telescopio espacial Webb han revelado la asombrosa interacción entre un cuásar dentro del sistema PJ308-21 y dos galaxias satélite masivas en el universo distante.

Las observaciones, realizadas en septiembre de 2022, revelaron detalles asombrosos y sin precedentes, que proporcionaron nuevos conocimientos sobre el crecimiento de las galaxias en el universo temprano. Los resultados, presentados durante la reunión de la Sociedad Astronómica Europea (EAS 2024), se publicarán en Astronomy & Astrophysics.

Las observaciones de este cuásar (ya descrito por los mismos autores en otro estudio publicado el pasado mes de mayo), uno de los primeros estudiados con el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) cuando el universo tenía menos de mil millones de años, han revelado datos de una calidad tal que incluyen el espectro del cuásar con una incertidumbre de menos del 1% por píxel.

La galaxia anfitriona de PJ308–21 muestra una alta metalicidad y condiciones de fotoionización típicas de un núcleo galáctico activo (AGN), mientras que una de las galaxias satélite presenta una baja metalicidad (que se refiere a la abundancia de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio) y fotoionización inducida por la formación estelar; una metalicidad más alta caracteriza a la segunda galaxia satélite, que está parcialmente fotoionizada por el cuásar.

El descubrimiento ha permitido a los astrónomos determinar la masa del agujero negro supermasivo en el centro del sistema (unos 2.000 millones de masas solares). También se confirmó que tanto el cuásar como las galaxias circundantes están altamente evolucionadas en términos de masa y enriquecimiento de metales, y en constante crecimiento.

Esto tiene profundas implicaciones para nuestra comprensión de la historia cósmica y la evolución química de las galaxias, lo que pone de relieve el impacto transformador de esta investigación.

Roberto Decarli, investigador del INAF (Instituto Nacional de Astrofísica de Italia) y primer autor del artículo, explica en un comunicado: "Nuestro estudio revela que tanto los agujeros negros en el centro de los cuásares de alto corrimiento al rojo como las galaxias que los albergan experimentan un crecimiento extremadamente eficiente y tumultuoso ya en los primeros mil millones de años de historia cósmica, ayudados por el rico entorno galáctico en el que se forman estas fuentes".

Los datos se obtuvieron en septiembre de 2022 como parte del Programa 1554, uno de los nueve proyectos liderados por Italia del primer ciclo de observación del JWST. Decarli lidera este programa para observar la fusión entre la galaxia que alberga el cuásar (PJ308-21) y dos de sus galaxias satélite.

Las observaciones se han llevado a cabo en modo de espectroscopia de campo integral: para cada píxel de la imagen se puede observar el espectro de toda la banda óptica (en el marco de reposo de la fuente), desplazado hacia el infrarrojo por la expansión del universo. Esto permite estudiar diversos trazadores de gas (líneas de emisión) mediante un enfoque 3D.

Gracias a esta técnica, el equipo dirigido por el INAF detectó emisiones espacialmente extendidas de diferentes elementos, que se utilizaron para estudiar las propiedades del medio interestelar ionizado, incluyendo la fuente y dureza del campo de radiación fotoionizante, la metalicidad, la oscurecimiento del polvo, la densidad y temperatura de los electrones y la tasa de formación de estrellas.

Además, los investigadores detectaron marginalmente la emisión de luz estelar asociada a fuentes acompañantes.