Webb detecta un pequeño y vigoroso agujero negro en el universo primitivo

El agujero negro recién descubierto reside en la galaxia hiperluminosa GN-z11 con un corrimiento al rojo de 11 y podría originarse a partir de una semilla de masa estelar con corrimientos al rojo de 12 a 15.

GN-z11 es una galaxia joven pero moderadamente masiva ubicada en la constelación de la Osa Mayor.

Descubierta por primera vez en 2016, se cree que esta galaxia se remonta a cuando el Universo tenía solo 420 millones de años, o el 3% de su edad actual.

GN-z11 es unas 25 veces más pequeño que nuestra Vía Láctea y tiene solo el 1% de la masa estelar de nuestra Galaxia.

Sorprendentemente, según nuevo estudiola galaxia alberga un agujero negro de aproximadamente 1,6 millones de masas solares.

«Se han propuesto varias teorías para describir la formación de semillas de agujeros negros en el Universo primitivo y para explicar la aparición de agujeros negros muy masivos que ya se han observado en desplazamientos al rojo z=6-7,5», dijo la Universidad de Cambridge. Profesor Roberto Maiolino y colegas

«Los agujeros negros resultantes del colapso directo de las nubes primordiales (posiblemente precedido por la formación de una estrella supermasiva) en semillas de masas entre 10.000 y un millón de masas solares -los llamados agujeros negros con colapso directo- son uno de los invocados con más frecuencia. patrones.

«Sin embargo, otros modelos también consideran la rápida fusión de estrellas y agujeros negros en densos cúmulos de estrellas nucleares, así como la acumulación en semillas de agujeros negros de población III o incluso remanentes estelares normales».

«Acreción de Super-Eddington también se consideró una posibilidad”, agregaron.

«Sin embargo, ninguno de estos escenarios se ha probado adecuadamente hasta ahora, ya que requerían la observación de agujeros negros con un desplazamiento al rojo más alto (z> 10) y masas más bajas (menos de 10 millones de masas de células solares), lo que era inviable hasta el advenimiento de la NASA/ESA/CSA Telescopio espacial James Webb.

En su estudio, el profesor Maiolino y sus coautores realizaron un análisis en profundidad del espectro de GN-z11.

“Originalmente detectada con el Hubble, esta es la galaxia más brillante con desplazamientos al rojo superiores a 10 en todos los campos del Hubble (incluida toda la galaxia). Campos de VELAS y Frontier Fields)”, dijeron.

«Al ser tres veces más luminosa que la luminosidad característica de las galaxias en z=7, si se debe principalmente a la formación de estrellas, la densidad implícita de las galaxias luminosas sería difícil de reconciliar con muchos modelos de formación de galaxias».

Los astrónomos analizaron los datos espectroscópicos obtenidos con espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRspec) como parte del encuesta JADES.

El análisis de las imágenes de NIRCam reveló que la galaxia está dominada por una núcleo galáctico activo (AGN).

«Las características espectrales de GN-z11 indican que, además de la formación de estrellas, la galaxia también alberga un agujero negro en acreción», dijeron los autores.

«No excluimos una contribución de las poblaciones estelares extremas, sin embargo, las estrellas Wolf-Rayet por sí solas no pueden explicar muchas propiedades espectrales».

«GN-z11 es la primera de las galaxias hiperluminosas de alto corrimiento al rojo que se confirma mediante espectroscopia», agregaron.

«El escenario AGN revelado por nuestro análisis proporciona una explicación natural para el brillo excepcional de GN-z11».

«Si esto es representativo de la clase más amplia de galaxias luminosas descubiertas con altos desplazamientos al rojo por Webb, aliviaría en gran medida la tensión con modelos y simulaciones, y podría sugerir un papel más importante para AGN en la reionización del universo.”

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roberto maiolino y otros. 2023. Un pequeño y vigoroso agujero negro en el Universo primitivo. arXiv: 2305.12492