El Webb detecta el forat negre supermassiu actiu més llunyà fins ara.

Els investigadors han descobert amb el telescopi espacial James Webb el forat negre supermassiu actiu més llunyà fins ara. La galàxia, CEERS 1019, va existir poc més de 570 milions d'anys després del Big Bang, i el seu forat negre és menys massiu que qualsevol altre identificat fins ara a l'univers primitiu. No només això, sinó que ha "sacsejat" fàcilment dos forats negres més que també són al costat, i van existir 1.000 i 1.100 milions d'anys després del Big Bang. Webb també va identificar onze galàxies que existien quan l'univers tenia entre 470 i 675 milions d'anys. Les proves van ser aportades pel programa CEERS, sigles de Cosmic Evolution Early Release Science Survey (Sondeig de l'Evolució Còsmica de Ciència d'Alliberament Primerenc) del Webb, dirigit per Steven Finkelstein, de la Universitat de Texas a Austin. El programa combina imatges molt detallades del Webb a l'infraroig proper i mitjà i dades conegudes com a espectres, tots els quals es van utilitzar per fer aquests descobriments.

Clic a l'imatge per engrandir. Observa detingudament aquest vast paisatge. Ha estat cosit a partir de múltiples imatges captades pel telescopi espacial James Webb en llum infraroig proper, i pràcticament batega d'activitat. A la dreta del centre hi ha un grup de galàxies espirals blanques i brillants que semblen enroscar-se les unes en les altres. Al llarg de l'escena hi ha espirals de color rosa clar que semblen molinets girant al vent. Les estrelles brillants del primer pla, de color blau, s'anuncien amb les prominents puntes de difracció de vuit puntes de Webb. No es perdi una imatge poc convencional: a la fila inferior, busqueu el segon quadrat per la dreta. A la vora dreta, una galàxia blava deforme està decorada amb cúmuls estel·lars brillants de color blau i rosa. Crèdit: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin).

CEERS 1019 no només destaca pel temps que fa que va existir, sinó també pel relativament poc que pesa el seu forat negre. Aquest forat negre pesa uns 9 milions de masses solars, molt menys que altres forats negres que també van existir a l'univers primitiu i van ser detectats per altres telescopis. Aquests colossos solen contenir més de mil milions de vegades la massa del Sol, i són més fàcils de detectar perquè són molt més brillants. (Estan "menjant" activament matèria, que s'il·lumina a mesura que s'arremolina cap al forat negre). El forat negre del CEERS 1019 és més semblant al forat negre del centre de la nostra Via Làctia, que té 4,6 milions de vegades la massa del Sol. Aquest forat negre tampoc és tan brillant com els gegants detectats anteriorment. Tot i que és més petit, aquest forat negre va existir molt abans, per la qual cosa encara resulta difícil explicar com es va formar tan poc temps després de l'inici de l'univers. Els investigadors sabien des de fa temps que els forats negres més petits devien haver existit abans a l'univers, però no va ser fins que Webb va començar a observar-los quan van poder fer deteccions definitives. (És possible que CEERS 1019 només ostenti aquest rècord durant unes poques setmanes - les afirmacions sobre altres forats negres més distants identificats per Webb estan sent actualment revisades acuradament per la comunitat astronòmica).

Les dades del Webb desborden pràcticament informació precisa que fa que aquestes confirmacions siguin tan fàcils d'extreure de les dades. "Observar aquest objecte llunyà amb aquest telescopi s'assembla molt a observar les dades de forats negres que hi ha en galàxies properes a la nostra", afirma Rebecca Larson, de la Universitat de Texas a Austin, que va dirigir aquest descobriment. "¡Hi ha tantes línies espectrals per analitzar!". L'equip no només va poder desentranyar quines emissions de l'espectre procedeixen del forat negre i quines de la seva galàxia amfitriona, sinó que també va poder precisar quant de gas està ingerint el forat negre i determinar el ritme de formació estel·lar de la seva galàxia.

L'equip va descobrir que aquesta galàxia està ingerint tot el gas que pot alhora que produeix noves estrelles. Per esbrinar per què, van recórrer a les imatges. Visualment, CEERS 1019 apareix com a tres grups brillants, no com un únic disc circular. "No estem acostumats a veure tanta estructura en imatges a aquestes distàncies", explica Jeyhan Kartaltepe, de l'Institut de Tecnologia de Rochester (Nova York) i membre de l'equip CEERS. "Una fusió de galàxies podria ser en part responsable d'alimentar l'activitat al forat negre d'aquesta galàxia, i això també podria conduir a un augment de la formació estel·lar".

Clic a l'imatge per engrandir. Aquest gràfic mostra deteccions dels forats negres supermassius actius més distants coneguts actualment a l'univers. Han estat identificats per diversos telescopis, tant espacials com a terrestres. Tres han estat detectats recentment pel Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) del telescopi espacial James Webb. Aquest gràfic mostra deteccions dels forats negres supermassius actius més distants coneguts actualment a l'univers. Han estat identificats per diversos telescopis, tant espacials com a terrestres. Tres han estat detectats recentment pel Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) del telescopi espacial James Webb. Crèdit: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). Infografia en català: Sci-Bit.

Es descobreixen més forats negres i galàxies extremadament distants

La investigació CEERS és molt àmplia i encara queda molt per explorar. Dale Kocevski, del Colby College de Waterville (Maine), i el seu equip van descobrir ràpidament un altre parell de petits forats negres a les dades. El primer, dins de la galàxia CEERS 2782, va ser el més fàcil de distingir. No hi ha pols que obstrueixi la visió del Webb, i per això els investigadors van poder determinar immediatament quan va existir el seu forat negre en la història de l'univers: només 1.100 milions d'anys després del Big Bang. El segon forat negre, a la galàxia CEERS 746, va existir una mica abans, 1.000 milions d'anys després del Big Bang. El seu brillant disc d'acreció, un anell format per gas i pols que envolta el forat negre supermassiu, encara està parcialment cobert de pols. "El forat negre central és visible, però la presència de pols suggereix que es podria trobar a l'interior d'una galàxia que també està expulsant estrelles a gran velocitat", va explicar Kocevski.

Igual que el del CEERS 1019, aquests dos forats negres també són "pesos lleugers", almenys en comparació dels forats negres supermassius coneguts fins ara a aquestes distàncies. Només tenen uns 10 milions de vegades la massa del Sol. "Els investigadors saben des de fa temps que hi deu haver forats negres de menor massa a l'univers primitiu. Webb és el primer observatori que els pot captar amb tanta claredat", afegeix Kocevski. "Ara pensem que els forats negres de menor massa podrien estar per tot arreu, esperant ser descoberts". Abans de Webb, els tres forats negres eren massa febles per ser detectats. "Amb altres telescopis, aquests objectius semblen galàxies ordinàries de formació estel·lar, no forats negres supermassius actius", va afegir Finkelstein.

Els sensibles espectrògrafs del Webb també van permetre a aquests investigadors mesurar amb precisió les distàncies a les galàxies de l'univers primitiu i, per tant, la seva edat. Els membres de l'equip Pablo Arrabal Haro, del NOIRLab de la NSF, i Seiji Fujimoto, de la Universitat de Texas a Austin, van identificar 11 galàxies que existien entre 470 i 675 milions d'anys després del Big Bang. No només són extremadament distants, sinó que el fet que es detectessin tantes galàxies brillants és notable. Els investigadors van teoritzar que Webb detectaria menys galàxies de les que s'estan trobant a aquestes distàncies. "Estic aclaparat per la quantitat d'espectres altament detallats de galàxies remotes que ha tornat Webb", va dir Arrabal Haro. "Aquestes dades són absolutament increïbles".

Aquestes galàxies estan formant estrelles ràpidament, però encara no estan tan enriquides químicament com les galàxies molt més properes. "Webb va ser el primer a detectar algunes d'aquestes galàxies", va explicar Fujimoto. "Aquest conjunt, juntament amb d'altres galàxies llunyanes que puguem identificar en el futur, podria canviar la nostra comprensió de la formació estel·lar i l'evolució de les galàxies al llarg de la història còsmica", va afegir.

Aquests són els primers resultats revolucionaris de l'estudi CEERS. "Fins ara, la investigació sobre els objectes de l'univers primitiu era molt teòrica", afirma Finkelstein. "Amb Webb, no només podem veure forats negres i galàxies a distàncies extremes, sinó que ara els podem començar a mesurar amb precisió. Aquest és el gran poder d'aquest telescopi". En el futur, és possible que les dades de Webb també s'utilitzin per explicar com es van formar els primers forats negres, revisant els models dels investigadors sobre com van créixer i evolucionar els forats negres en els primers centenars de milions d'anys de la història del univers.

The Astrophysical Journal Letters ha acceptat diversos articles inicials sobre les dades del CEERS Survey: “A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identifying a Progenitor of Massive z > 6 Quasars”, liderat per Larson, “Hidden Little Monsters: Spectroscopic Identification of Low-Mass, Broad-Line AGN at z > 5 with CEERS”, liderat per Kocevski, "Spectroscopic confirmation of CEERS NIRCam-selected galaxies at z ≳ 8-10", dirigit per Arraball Haro, i “CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-Selected z ≳ 8 Galaxy Candidates with JWST/NIRSpec: Initial Characterization of their Properties”, liderat per Fujimoto.

El telescopi espacial James Webb és el principal observatori científic espacial del món. Webb resoldrà els misteris del nostre sistema solar, mirarà més enllà, mons llunyans al voltant d'altres estrelles, i sondejarà les misterioses estructures i orígens del nostre univers i el nostre lloc. Webb és un programa internacional dirigit per la NASA amb els socis, l'ESA (Agència Espacial Europea) i l'Agència Espacial Canadenca.

Ho he vist aquí.