Los astrónomos que investigan el universo primitivo han hecho un descubrimiento sorprendente utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA: un cúmulo de galaxias masivas en proceso de formación alrededor de un cuásar extremadamente rojo. El resultado ampliará nuestra comprensión de cómo los cúmulos de galaxias en el universo primitivo se unieron y formaron la red cósmica que vemos hoy.
Un cuásar, un tipo especial de núcleo galáctico activo (AGN), es una región compacta con un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. El gas que cae en un agujero negro supermasivo hace que el cuásar sea lo suficientemente brillante como para eclipsar a todas las estrellas de la galaxia. El cuásar que exploró el Webb, llamado SDSS J165202.64+172852.3, existió hace 11.500 millones de años. Es inusualmente rojo no solo por su color rojo intrínseco, sino también porque la luz de la galaxia se ha desplazado hacia el rojo debido a su gran distancia. Eso hizo que el Webb, que tiene una sensibilidad sin igual en longitudes de onda infrarrojas, se adaptara perfectamente para examinar la galaxia en detalle.
Este cuásar es uno de los núcleos galácticos más poderosos que se haya visto a una distancia tan extrema. Los astrónomos habían especulado que la emisión extrema del quásar podría causar un “viento galáctico”, empujando el gas libre fuera de su galaxia anfitriona y posiblemente influyendo en gran medida en la futura formación de estrellas en esa ubicación.
Para investigar el movimiento del gas, el polvo y el material estelar en la galaxia, el equipo utilizó el Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) del telescopio. Este poderoso instrumento utiliza una técnica llamada espectroscopía para observar el movimiento de varios flujos y vientos que rodean al cuásar. El NIRSpec puede recopilar espectros simultáneamente en todo el campo de visión del telescopio, lo que permite al Webb examinar simultáneamente el cuásar, su galaxia y los alrededores más amplios.
Estudios previos realizados por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA y otros observatorios, llamaron la atención sobre los poderosos flujos de salida del cuásar, y los astrónomos habían especulado que su galaxia anfitriona podría estar fusionándose con algún compañero invisible. Pero el equipo no esperaba que los datos del NIRSpec del Webb indicaran claramente que no era solo una galaxia sino, al menos, tres más girando a su alrededor. Gracias a los espectros obtenidos de un área amplia, se pudieron mapear los movimientos de todo este material circundante, lo que llevó a la conclusión de que el cuásar rojo era, de hecho, parte de un denso nudo de formación de galaxias.
“Hay pocos protocúmulos conocidos de galaxias en este momento temprano. Es difícil encontrarlos y muy pocos han tenido tiempo de formarse desde el Big Bang”, dijo la astrónoma Dominika Wylezalek de la Universidad de Heidelberg (en Alemania), quien dirigió el estudio con el Webb. “Esto puede ayudarnos a comprender cómo evolucionan las galaxias en entornos densos. Es un resultado emocionante”.
Usando las observaciones del NIRSpec, el equipo pudo confirmar tres compañeros galácticos de este cuásar y mostrar cómo están conectados. Los datos de archivo del Hubble insinúan que puede haber aún más. Las imágenes de la cámara de campo ancho 3 del Hubble habían mostrado material extenso que rodea al cuásar y su galaxia, lo que provocó su selección para este estudio en su salida y los efectos en su galaxia anfitriona. Ahora, el equipo sospecha que podrían haber estado mirando el núcleo de un cúmulo completo de galaxias, pero ahora lo revelan las imágenes nítidas del Webb.
“Nuestro primer vistazo a los datos reveló rápidamente signos claros de interacciones importantes entre las galaxias vecinas”, compartió el miembro del equipo Andrey Vayner de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore (Maryland). “La sensibilidad del instrumento NIRSpec fue evidente de inmediato, y estaba claro para mi que estamos en una nueva era de la espectroscopia infrarroja”.
Las tres galaxias confirmadas están orbitando entre sí a velocidades increíblemente altas, una indicación de que hay una gran cantidad de masa presente. Cuando se combina con lo cerca que están de la región alrededor de este cuásar, el equipo cree que esto marca una de las áreas más densas conocidas de formación de galaxias en el universo primitivo. “Incluso un nudo denso de materia oscura no es suficiente para explicarlo”, dice Wylezalek. “Creemos que podríamos estar viendo una región donde dos halos masivos de materia oscura se están fusionando”. La materia oscura es un componente invisible del universo que mantiene unidos a las galaxias y los cúmulos de galaxias, y se cree que forma un “halo” que se extiende más allá de las estrellas en estas estructuras.
El estudio realizado por el equipo de Wylezalek es parte de las investigaciones del Webb sobre el universo primitivo. Con su capacidad sin precedentes para mirar hacia atrás en el tiempo, el telescopio ya se está utilizando para investigar cómo se formaron y evolucionaron las primeras galaxias, y cómo se formaron los agujeros negros e influyeron en la estructura del universo. El equipo está planeando observaciones de seguimiento en este inesperado protocúmulo de galaxias, y espera usarlo para comprender cómo se forman los densos y caóticos cúmulos de galaxias como este, y cómo se ven afectados por el agujero negro supermasivo activo en su núcleo.
Estos resultados se publicarán en The Astrophysical Journal Letters. Esta investigación se completó como parte del programa Early Release Science del Webb #1335.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. El Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, observará exoplanetas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus colaboradores, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Edición: R. Castro.