Un nuevo estudio sugiere que el telescopio James Webb será capaz de observar las galaxias que albergan los quásares más lejanos que se pueden observar en el universo. Es algo que ayudará a entender cómo es el entorno de uno de los objetos más brillantes y violentos conocidos…
El telescopio James Webb sigue acumulando esperanzas
Los quásares son los objetos más brillantes que podemos observar en el universo. Se trata de agujeros negros supermasivos, en el centro de galaxias grandes, que están absorbiendo una cantidad enorme de material. Su brillo es tan intenso que se imponen al brillo de los miles de millones de estrellas que forman la galaxia. El proceso es de lo más sencillo. El material que cae al agujero negro supermasivo se calienta y provoca que el quásar brille con tanta fuerza que puede ser observado en lugares muy lejanos, a miles de millones de años-luz.
Ese brillo es tan impresionante como problemático. Los quásares son tan potentes que ocultan las galaxias en las que se encuentran. Por lo que es difícil estudiar esas galaxias y ver cómo se diferencian de aquellas en las que los agujeros negros supermasivos no están alcanzando el nivel de actividad que provoca que se comporten como uno. Es muy complicado mirar directamente a una fuente de luz e intentar determinar qué es lo que está a su alrededor. Pero el telescopio James Webb podría conseguirlo y ayudar a entender su entorno.
Habrá que esperar al 31 de octubre de 2021 para el lanzamiento del telescopio. Una vez en el espacio, James Webb tendrá muchas esperanzas con las que cumplir. Desde el estudio de atmósferas de exoplanetas rocosos, hasta el análisis de los objetos más lejanos en el universo. Si cumple con las expectativas, será un telescopio que permitirá ampliar y revolucionar nuestra comprensión del universo. La oportunidad de entender las galaxias en las que se encuentran los quásares es muy atractiva, por el conocimiento que ofrece.
Descubriendo el comportamiento de los agujeros negros
Los investigadores han explicado que, si todo va según lo esperado, el telescopio James Webb ayudará a responder a diferentes preguntas. Por ejemplo, ¿cómo es posible que los agujeros negros crezcan tanto y tan rápido? ¿Hay algún tipo de relación entre la masa de la galaxia y la masa del agujero negro supermasivo en su centro, como se puede ver en el universo a nuestro alrededor? Hay que recordar que los quásares son visibles solo en grandes distancias. Es decir, los vemos tal y como eran cuando el universo era mucho más joven y diferente.
Cuanto más lejana es una galaxia, más estirada llega su luz por culpa de la expansión del universo. Esto provoca que la luz ultravioleta, emitida por el disco de acreción (el disco de material que gira alrededor del agujero negro), o de las estrellas más masivas y jóvenes, se vea estirada hasta el infrarrojo, más allá de lo que podemos ver a simple vista. En tiempos recientes, la NASA ha recurrido al telescopio Hubble para estudiar los quásares ya conocidos, esperando identificar las galaxias a su alrededor. Pero por ahora no ha habido grandes avances.
Eso indica que el polvo, en las galaxias, oscurece la luz de sus estrellas. Los detectores infrarrojos del telescopio James Webb serán capaces de ver más allá de ese polvo y mostrar las galaxias. Para entender qué podrá ver el telescopio, los investigadores han recurrido a una simulación por ordenador, creada para estudiar la formación y evolución de galaxias y quásares durante los primeros mil millones de vida del universo. La simulación permite estudiar esos quásares y sus galaxias de forma estadística y parece encajar con lo observado y con las predicciones.
El comportamiento de las galaxias que albergan quásares
Así, en el estudio explican que las galaxias que albergan quásares tienden a ser más pequeñas de lo normal, teniendo solo una trigésima parte del diámetro de la Vía Láctea, a pesar de tener casi la misma masa. Son galaxias pequeñas en comparación al tamaño medio de las galaxias de aquella misma época. Además, la simulación muestra que esas galaxias tienden a formar estrellas rápidamente. Alcanzan ritmos hasta 600 veces más rápidos que la velocidad actual de formación de estrellas que se puede observar en la Vía Láctea.
Con todo esto en mente, los investigadores intentaron entender qué podrían ver las cámaras del telescopio al analizar estos quásares. Podría ser posible observar la galaxia, pero difícil, en cualquier caso, por su pequeño tamaño aparente. Aun así, será la primera vez que se podrá estudiar, de forma directa, estas galaxias tan distantes. Además, el telescopio podrá analizar su espectro, revelando la composición química del polvo en estos sistemas. Así se podrá entender cuál es la cantidad de elementos pesados que contienen.
Algo que, a su vez, ayudará a entender el proceso de formación de estrellas en esas galaxias, dado que la mayor parte de los elementos químicos se forjan en su interior. Además, el telescopio podrá determinar si las galaxias están aisladas o forman parte de grupos más grandes. El telescopio Hubble sí ha permitido observar que la mayoría de quásares tenían galaxias cercanas. Pero no se pudo determinar si realmente era así, o simplemente parecían estar cerca por mera coincidencia. Es algo que Webb sí que podrá determinar.
El telescopio James Webb podrá determinar las distancias a esas galaxias
El telescopio James Webb será capaz de medir el desplazamiento al rojo de la luz procedente de esas galaxias. Es decir, cuánto se ha estirado por culpa de la expansión del universo. El fenómeno contrario, el desplazamiento al azul, también sucede, pero en el caso opuesto, galaxias que en lugar de alejarse, se acercan hacia nosotros, como en el caso de Andrómeda. A partir del desplazamiento al rojo, es posible determinar la distancia a esas galaxias compañeras, permitiendo deducir si están a la misma distancia que los quásares observados.
En definitiva, las observaciones del telescopio proporcionarán más información sobre estos sistemas. Los quásares son uno de los fenómenos más extremos del universo. En ellos se puede ocultar la respuesta sobre cómo un agujero negro puede llegar a tener mil millones de veces la masa del Sol en tan solo 1000 millones de años. Es muy poco tiempo, en teoría, para que un agujero negro pueda crecer de una forma tan desmesurada. Sin embargo, su presencia indica que obviamente esa suposición es errónea. Pero el cómo sucede no está claro.
Además, los investigadores también inciden en que el telescopio Webb será solo el primer paso. La llegada de otros telescopios, y el trabajo en equipo, permitirá obtener mucha más información. La contribución de misiones como Euclid, de la Agencia Espacial Europea, o el observatorio Vera Rubin, que se encuentra en construcción en Chile, permitirán aumentar la cantidad de quásares lejanos conocidos. Esos nuevos objetivos podrán ser estudiados tanto por Hubble como por Webb. La infancia del universo está todavía repleta de misterios, pero los próximos años parecen muy prometedores…
Estudio
El estudio es M. Marshall, Y. Ni, T. Di Matteo et al.; «The host galaxies of z = 7 quasars: predictions from the BlueTides simulation». Publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, publicado el 5 de octubre de 2020. Puede ser consultado en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
Excelente artículo, como de costumbre Alex. Muchas gracias por el trabajo de divulgación que haces con la web,