Un equipo internacional, codirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó el telescopio Webb para observar una galaxia aproximadamente del tamaño de la Vía Láctea en el universo temprano, alrededor de dos mil millones de años después del Big Bang. Como la mayoría de las galaxias grandes, tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Sin embargo, esta galaxia está esencialmente ‘muerta’: ha dejado de formar nuevas estrellas.

Basándonos en observaciones anteriores, sabíamos que esta galaxia estaba en un estado apagado: no está formando muchas estrellas dado su tamaño, y esperamos que haya un vínculo entre el agujero negro y el fin de la formación estelar, dijo el coautor principal, el Dr. Francesco D’Eugenio del Instituto Kavli de Cosmología de Cambridge. Sin embargo, hasta Webb, no habíamos podido estudiar esta galaxia con suficiente detalle para confirmar ese vínculo, y no sabíamos si este estado apagado era temporal o permanente.

Esta galaxia, oficialmente nombrada GS-10578 pero apodada ‘Galaxia de Pablo’ en honor al colega que decidió observarla en detalle, es masiva para un período tan temprano en el universo: su masa total es aproximadamente 200 mil millones de veces la masa de nuestro Sol, y la mayoría de sus estrellas se formaron entre hace 12,5 y 11,5 mil millones de años.

En el universo temprano, la mayoría de las galaxias están formando muchas estrellas, por lo que es interesante ver una galaxia tan masiva y ‘muerta’ en este período de tiempo, dijo el coautor, el profesor Roberto Maiolino, también del Instituto Kavli de Cosmología. Si tuvo suficiente tiempo para alcanzar este tamaño masivo, es probable que el proceso que detuvo la formación de estrellas ocurriera relativamente rápido.

Resumen de las observaciones GS-10578.
Resumen de las observaciones GS-10578. Crédito: F. D'Eugenio et al.

Utilizando el telescopio Webb, los investigadores detectaron que esta galaxia está expulsando grandes cantidades de gas a velocidades de aproximadamente 1.000 kilómetros por segundo, lo suficientemente rápido como para escapar de la atracción gravitacional de la galaxia. Estos vientos de rápido movimiento están siendo ‘empujados’ fuera de la galaxia por el agujero negro.

Como otras galaxias con agujeros negros acrecentados, la ‘Galaxia de Pablo’ tiene vientos rápidos de gas caliente que fluyen hacia afuera, pero estas nubes de gas son tenues y tienen poca masa. Webb detectó la presencia de un nuevo componente de viento, que no pudo ser visto con telescopios anteriores. Este gas es más frío, lo que significa que es más denso y, crucialmente, no emite luz. Webb, con su superior sensibilidad, puede ver estas nubes de gas oscuro porque bloquean parte de la luz de la galaxia detrás de ellas.

La cantidad de gas que se está expulsando de la galaxia es mayor que la que la galaxia necesitaría para seguir formando nuevas estrellas. En esencia, el agujero negro está matando de hambre a la galaxia. Los resultados se reportan en la revista Nature Astronomy.

Hemos encontrado al culpable, dijo D’Eugenio. El agujero negro está matando a esta galaxia y manteniéndola inactiva, cortando la fuente de ‘alimento’ que la galaxia necesita para formar nuevas estrellas.

Aunque los modelos teóricos anteriores habían predicho que los agujeros negros tenían este efecto en las galaxias, antes de Webb no había sido posible detectar este efecto directamente.

Modelos anteriores habían predicho que el fin de la formación estelar tiene un efecto violento y turbulento en las galaxias, destruyendo su forma en el proceso. Pero las estrellas en esta galaxia en forma de disco todavía se mueven de manera ordenada, lo que sugiere que este no es siempre el caso.

Sabíamos que los agujeros negros tienen un impacto masivo en las galaxias, y quizás es común que detengan la formación estelar, pero hasta Webb no pudimos confirmar esto directamente, dijo Maiolino. Es otra manera en la que Webb representa un avance gigantesco en términos de nuestra capacidad para estudiar el universo temprano y cómo evolucionó.

Nuevas observaciones con el Atacama Large Millimeter-Submillimeter Array (ALMA), dirigidas a los componentes de gas más fríos y oscuros de la galaxia, nos dirán más sobre si todavía hay combustible para la formación estelar oculto en esta galaxia y cuál es el efecto del agujero negro supermasivo en la región que rodea la galaxia.

FUENTES

University of Cambridge

D’Eugenio, F., Pérez-González, P.G., Maiolino, R. et al. A fast-rotator post-starburst galaxy quenched by supermassive black-hole feedback at z = 3. Nat Astron (2024). doi.org/10.1038/s41550-024-02345-1

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