En una primicia, el JWST detectó la luz de las estrellas de galaxias distantes con cuásares.

CAMBRIDGE, MASS. - Por primera vez, los astrónomos han detectado la luz de estrellas de galaxias distantes que albergan agujeros negros supermasivos extremadamente brillantes llamados cuásares.

El 12 de junio, los astrónomos informaron en la reunión First Light del JWST que los datos del Telescopio Espacial James Webb revelan que cuatro de estas galaxias son masivas, compactas y posiblemente en forma de disco. Estudiar las galaxias podría ayudar a resolver el misterio de cómo los agujeros negros en el universo temprano crecieron tan rápido y se hicieron tan grandes (SN: 1/18/21).

"Desde el descubrimiento de cuásares [distantes], ha habido estudios tratando de detectar sus galaxias hospedantes", dijo el astrofísico de MIT Minghao Yue. Pero hasta que llegaron los ojos infrarrojos agudos de JWST, no era posible. "Esto abre ventanas completamente nuevas hacia la comprensión final de los cuásares luminosos y sus galaxias anfitrionas".

Los cuásares son agujeros negros que se alimentan tan furiosamente que el material que engullen se calienta a temperaturas blancas brillantes, brillando más que las estrellas de las galaxias que los rodean. Son tan brillantes y distantes que cada uno aparece como un solo punto de luz en forma de estrella.

Dos grupos independientes utilizaron esa calidad en forma de estrella para borrar el resplandor del agujero negro de las imágenes de sus galaxias, como un escultor que saca una figura de mármol.

Yue y sus colegas usaron JWST para observar seis galaxias hospedantes de cuásares. Alrededor de la misma época, el astrofísico Xuheng Ding del Instituto Kavli para Física y Matemáticas del Universo en Tokio y sus colegas usaron JWST para observar otro par de cuásares. La luz de todos los cuásares fue emitida hace más de 12.8 mil millones de años, o menos de mil millones de años después del Big Bang.

Los equipos utilizaron estrellas reales en las imágenes para simular las formas en forma de estrella de los cuásares. Luego, restaron el cuásar simulado de la imagen de cada galaxia completa, y voilà: solo quedaba la luz de las estrellas.

El equipo de Ding obtuvo una mirada directa a ambas de sus galaxias, mientras que el equipo de Yue vislumbró dos de sus seis. Todas las galaxias medidas parecen ser menos de una décima parte del ancho de la Vía Láctea, midiendo entre 2,600 y 8,000 años luz de diámetro. Las dos galaxias que Yue y sus colegas observaron contienen suficientes estrellas como para hacer hasta entre 10,000 millones y 100,000 millones de veces la masa del sol, estiman los investigadores. El par que Ding y sus colegas observaron tienen un peso de aproximadamente 25,000 y 63,000 veces la masa solar, informó el equipo en la reunión y en un estudio que aparecerá en Nature.

Esas masas son comparables a la de todas las estrellas de la Vía Láctea, que en total suman aproximadamente 60,000 veces la masa del sol. Eso es sorprendentemente masivo para una etapa tan temprana de la historia del universo.

Además, las galaxias parecen romper una regla establecida por las observaciones de galaxias en el universo cercano. A nivel local, las galaxias tienden a dividir su masa entre estrellas y agujeros negros de manera predecible: cuanto más masivo es su agujero negro supermasivo central, más estrellas tiene una galaxia. Estas galaxias parecen llenar más masa en su agujero negro de lo que su cantidad de estrellas debería permitir.

"Al menos para estos cuásares luminosos, realmente son sobremasivos", dijo Yue.

Los cálculos de masa podrían resultar sobrestimados, dice el astrofísico Paul Shapiro de la Universidad de Texas en Austin, que no participó en ninguno de los estudios. Convertir la luz que JWST puede ver en estrellas se basa en suposiciones sobre cuántas estrellas de varias masas tiene una galaxia. Las galaxias modernas tienen muchas estrellas tenues y livianas que estrellas brillantes y pesadas, por lo que los astrónomos suelen asumir que las estrellas más brillantes que ven son solo la punta del iceberg. Pero eso podría no haber sido así 800 millones de años después del Big Bang, dice Shapiro.

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"Estás observando la cola e inferiendo el perro", dice. "Si hubiera una distribución de masas que favoreciera las estrellas de alta masa, podrías estar sobreestimando significativamente la masa asociada con la luz".

Pero "el hecho de que podamos verlo es muy emocionante", dice la astrónoma Madeline Marshall del Consejo Nacional de Investigación de Canadá en Victoria. El hecho de que dos grupos informen independientemente de la luz de las galaxias hospedantes de cuásares es muy convincente, dice.

"Antes de JWST, no podíamos detectar las galaxias hospedantes de los cuásares [distantes]", dijo en la reunión. "Ahora, con solo el primer año de observaciones ... podemos detectar algunas de estas hospederas por primera vez".

Estas primeras pocas hospederas de cuásares son solo el comienzo, dice Ding. JWST está programado para observar al menos 10 más, algunos de los cuales están aún más lejos. Una muestra más grande ayudará a los astrónomos a resolver los enigmas cósmicos perdurables sobre cómo los agujeros negros y las galaxias se influyeron mutuamente a medida que crecieron.

“We don’t know how black holes can be so big in the early universe,” Ding says. “You need to understand the environment of this monster, how it can collect so much matter to it. So knowing the conditions — the mass of the host galaxies, for example — at least then you can say how their local environment is.”

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