El telescopio espacial James Webb podría haber encontrado evidencia de la largamente teorizada primera generación de estrellas, así como el agujero negro supermasivo activo más distante hasta la fecha.

El instrumento NIRCam del telescopio espacial James Webb muestra una porción del campo de galaxias GOODS-North. En la esquina inferior derecha, se destaca un acercamiento a la galaxia GN-z11. Crédito: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidad de Arizona), Daniel Eisenstein (CfA).

Científicos que utilizan el telescopio Webb para estudiar GN-z11, una de las galaxias más jóvenes y distantes jamás observadas, han descubierto pruebas tentadoras de la existencia de estrellas de la Población III ubicadas en sus afueras.

Estas esquivas estrellas, las primeras en iluminar el universo, están compuestas puramente de hidrógeno y helio. Aunque nunca se ha realizado una detección definitiva de tales estrellas, los científicos saben que deben existir. Ahora, con el instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) del Webb, su hallazgo parece más cercano que nunca.

«El hecho de que no veamos nada más allá del helio sugiere que este conglomerado debe ser bastante prístino», dijo el investigador principal, Roberto Maiolino, del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli de Cosmología en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. «Esto es algo que se esperaba por la teoría y simulaciones en las proximidades de galaxias particularmente masivas de estas épocas, que debería haber bolsas de gas prístino sobreviviendo en el halo, y estas pueden colapsar y formar cúmulos de estrellas de la Población III».

Conglomerado de gas prístino cerca de GN-z11. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).

Encontrar las estrellas de la Población III, nunca vistas antes, es uno de los objetivos más importantes de la astrofísica moderna. Se espera que estas estrellas sean muy masivas, muy luminosas y muy calientes. Su firma esperada es la presencia de helio ionizado y la ausencia de elementos químicos más pesados que el helio.

La formación de las primeras estrellas y galaxias marca un cambio fundamental en la historia cósmica, durante el cual el universo evolucionó desde un estado oscuro y relativamente simple hasta el entorno altamente estructurado y complejo que vemos hoy.

En futuras observaciones de Webb, Maiolino y su equipo explorarán la galaxia GN-z11 con mayor profundidad, y esperan reforzar el caso de las estrellas de la Población III que pueden estar formándose en su halo.

El agujero negro más distante jamás encontrado

Los investigadores también encontraron la primera evidencia de que GN-z11 alberga un agujero negro central que está acumulando materia rápidamente. Y dado que la galaxia estudiada existía cuando nuestro universo de 13.800 millones de años apenas tenía unos 430 millones de años, eso quiere decir que dicho agujero negro supermasivo activo es el más distante detectado hasta la fecha.

«Encontramos gas extremadamente denso que es común en las proximidades de agujeros negros supermasivos que están acumulando gas», explicó Maiolino. «Estas fueron las primeras señales claras de que GN-z11 alberga un agujero negro que está devorando materia».

Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA).

Utilizando Webb, el equipo también halló indicios de elementos químicos ionizados y un viento muy potente expulsado por la galaxia, ambos procesos estrechamente asociados con agujeros negros supermasivos que están acumulando materia vigorosamente.

«La NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) de Webb ha revelado un componente extendido, siguiendo la galaxia anfitriona, y una fuente central y compacta cuyos colores son consistentes con los de un disco de acreción que rodea a un agujero negro», dijo la investigadora Hannah Übler, también del Laboratorio Cavendish y el Instituto Kavli.

«En conjunto, esta evidencia muestra que GN-z11 alberga un agujero negro supermasivo de 2 millones de masas solares en una fase muy activa de consumir materia, lo que explica su luminosidad excepcional», concluyó.

Crédito: Webb. Edición: MP.

Webb podría haber encontrado evidencia de la primera generación de estrellas del universo