Detecten per primera vegada forats negres supermassius en galàxies de massa baixa en etapes intermèdies de l’univers

• Els forats negres són més massius del que s’esperava tenint en compte la massa de les seves galàxies amfitriones
• La troballa connecta l’univers local amb el primerenc, ja que els forats negres supermassius trobats en aquesta etapa intermèdia són similars als de l’univers primerenc
• Mar Mezcua, investigadora de l’IEEC a l’Institut de Ciències de l’Espai, lidera aquest estudi publicat a The Astrophysical Journal Letters

Un equip d’astrònoms ha detectat forats negres supermassius per primera vegada en una etapa clau de la història de l’univers anomenada ‘migdia còsmic’, fa uns 10.000 milions d’anys, en què la formació estel·lar i l’activitat dels forats negres van assolir el punt més àlgid. L’estudi, liderat per Mar Mezcua, investigadora de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) a l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), s’ha publicat a la revista The Astrophysical Journal Letters.

L’estudi recull la troballa de nuclis actius de galàxia (AGN, per les seves sigles en anglès), és a dir, forats negres que creixen activament, en galàxies de massa petita fa uns 10.000 milions d’anys. La principal característica d’aquests AGN és que són més massius del que s’esperava tenint en compte la massa de les seves galàxies amfitriones. En ser galàxies de baixa massa, s’espera que la massa dels seus forats negres sigui de menys d’un milió de vegades la del Sol. No obstant això, la massa trobada correspon a la dels forats negres supermassius (la massa dels quals és de més d’un milió de vegades la del Sol), típicament allotjats en galàxies massives i no en galàxies nanes.

Aquesta troballa vincula per primera vegada els AGN detectats en galàxies de baixa massa en l’univers primerenc pel telescopi espacial James Webb amb els que han estat detectats en l’univers local. Sorprenentment, s’ha descobert que les propietats de les fonts tant a l’univers primerenc com al migdia còsmic són les mateixes pel que fa a propietats dels forats negres, com la massa, la lluminositat o la taxa d’acreció, cosa que suggereix que es tracta del mateix tipus de fonts però en diferents èpoques còsmiques.

«Es creu que els forats negres supermassius que es troben a les galàxies de baixa massa es van originar de llavors de forats negres a l’univers primerenc. Per tant, trobar una connexió entre l’univers local i l’univers primerenc pot suposar un pas endavant en la comprensió de com es van formar i evolucionar aquests forats negres llavor», afirma Mar Mezcua, investigadora de l’IEEC a l’ICE-CSIC, i primera autora d’aquest estudi.

L’origen dels primers forats negres supermassius

Els forats negres supermassius es formen a partir de forats negres llavor a l’univers primerenc, també anomenats forats negres de massa intermèdia, que tenen una massa d’entre cent i un milió de masses solars. Les restes dels forats negres llavor que no es van convertir en supermassius es poden trobar en galàxies de baixa massa a l’univers local.

Les galàxies de baixa massa detectades a l’estudi contenen forats negres supermassius —i no de massa intermèdia—, i són similars als forats negres supermassius trobats a les primeres etapes de l’univers pel telescopi James Webb. Això ofereix a la comunitat científica una gran oportunitat per vincular l’univers local i el primerenc, i així comprendre millor la formació i l’evolució dels forats negres llavor.

«Els forats negres supermassius resideixen al centre de la majoria de les galàxies massives, com la Via Làctia, i juguen un paper clau en l’evolució de les galàxies, per la qual cosa és molt important comprendre com es formen i evolucionen», afegeix Mar Mezcua.

Les dades utilitzades procedeixen de cartografiats espectroscòpics públics, com l’Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ubicat a l’Observatori Apache Point a Nou Mèxic (Estats Units), el VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS) de l’Observatori Europeu Austral (ESO), així com dades publicades del telescopi espacial James Webb.

«Els orígens i els mecanismes darrere del creixement dels forats negres supermassius continuen sent enigmàtics. Amb telescopis de darrera generació superant els límits de la capacitat d’observació d’AGN, estem a punt d’obtenir coneixements més complets sobre els forats negres i la història còsmica. Gràcies als estudis sinèrgics de les mostres proporcionades pel telescopi James Webb i telescopis terrestres com VIPERS no només podem investigar aquests fenòmens còsmics sinó també donar llum sobre l’evolució de les galàxies i la formació del nostre univers tal com el coneixem avui», afirma Malgorzata Siudek, investigadora postdoctoral de l’ICE-CSIC.

L’equip investigarà amb més profunditat les propietats de les galàxies de baixa massa i els forats negres del migdia còsmic en endavant, amb l’objectiu de buscar la presència de vents de forats negres, així com d’empremtes de fusions de galàxies que podrien ajudar a aclarir per què els forats negres són més massius del que s’esperava.

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «Overmassive Black Holes at Cosmic Noon: Linking the Local and the High-redshift Universe», de Mezcua, M. et al., que va aparèixer a la revista The Astrophysical Journal Letters el 6 de maig de 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad3c2a

•  IEEC
•  ICE-CSIC
• James Webb Space Telescope

Contactes

Autor Principal a l’IEEC

Castelldefels, Barcelona

Mar Mezcua

Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC)
Correu electrònic: mezcua@ieec.cat

Sobre l'IEEC

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia. Com a resultat de més de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.

L’IEEC és una fundació del sector públic sense ànim de lucre, fundada el febrer de 1996. Està regit per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya, la Universitat de Barcelona (UB), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). L’IEEC és també un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).