Los quásares son agujeros negros supermasivos muy brillantes, distantes y activos que tienen de millones a miles de millones de veces la masa del Sol. Normalmente ubicados en el centro de las galaxias, se alimentan de la materia que cae y desatan fantásticos torrentes de radiación. Entre los objetos más brillantes del universo, la luz de un quásar eclipsa a la de todas las estrellas de su galaxia anfitriona combinadas, y sus chorros y vientos dan forma a la galaxia en la que reside.

Poco después de su lanzamiento a finales de este año, un equipo de científicos trabajará con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA en seis de los cuásares más distantes y luminosos. Estudiarán las propiedades de estos cuásares y sus galaxias anfitrionas, y cómo están interconectados durante las primeras etapas de la evolución de las galaxias en el universo temprano. El equipo también utilizará los cuásares para examinar el gas en el espacio entre galaxias, particularmente durante el período de reionización cósmica, que terminó cuando el universo era muy joven. Lo conseguirán utilizando la extrema sensibilidad de Webb a los bajos niveles de luz y su magnífica resolución angular.

A medida que Webb se adentre en el universo, en realidad mirará hacia atrás en el tiempo. La luz de estos cuásares distantes comenzó su viaje a Webb cuando el universo era muy joven y tardó miles de millones de años en llegar. Veremos las cosas como eran hace mucho tiempo, no como son hoy.

“Todos estos quásares que estamos estudiando existieron muy temprano, cuando el universo tenía menos de 800 millones de años, o menos del 6 por ciento de su edad actual. Así que estas observaciones nos dan la oportunidad de estudiar la evolución de las galaxias y la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos en estos tiempos tan tempranos”, explicó el miembro del equipo Santiago Arribas, profesor investigador del Departamento de Astrofísica del Centro de Astrobiología de Madrid, España. Arribas también es miembro del equipo científico de instrumentos del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de Webb.

La luz de estos objetos muy distantes se ha estirado por la expansión del espacio. Esto se conoce como corrimiento al rojo cosmológico. Cuanto más lejos tiene que viajar la luz, más se desplaza al rojo. De hecho, la luz visible emitida en el universo temprano se estira de manera tan dramática que se desplaza hacia el infrarrojo cuando llega a nosotros. Con su conjunto de instrumentos afinados por infrarrojos, Webb es especialmente adecuado para estudiar este tipo de luz.

Los quásares que estudiará el equipo no solo se encuentran entre los más distantes del universo, sino también entre los más brillantes. Estos quásares suelen tener las masas de agujeros negros más altas y también tienen las tasas de acreción más altas, las tasas a las que el material cae en los agujeros negros.

"Estamos interesados en observar los quásares más luminosos porque la gran cantidad de energía que están generando en sus núcleos debería conducir al mayor impacto en la galaxia anfitriona por mecanismos como el flujo de salida y el calentamiento del quásar", dijo Chris Willott, científico investigador del Centro de Investigación de Astronomía y Astrofísica Herzberg del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) en Victoria, Columbia Británica. Willott es también científico del proyecto Webb de la Agencia Espacial Canadiense. "Queremos observar estos quásares en el momento en que están teniendo el mayor impacto en sus galaxias anfitrionas".

Se libera una enorme cantidad de energía cuando un agujero negro supermasivo acumula materia. Esta energía calienta y empuja el gas circundante hacia afuera, generando fuertes flujos de salida que atraviesan el espacio interestelar como un tsunami, causando estragos en la galaxia anfitriona.

Los flujos de salida juegan un papel importante en la evolución de las galaxias. El gas alimenta la formación de estrellas, por lo que cuando se elimina el gas debido a los flujos de salida, la tasa de formación de estrellas disminuye. En algunos casos, los flujos de salida son tan poderosos y expulsan cantidades tan grandes de gas que pueden detener por completo la formación de estrellas dentro de la galaxia anfitriona. Los científicos también piensan que los flujos de salida son el mecanismo principal por el cual el gas, el polvo y los elementos se redistribuyen a grandes distancias dentro de la galaxia o incluso pueden ser expulsados al espacio entre las galaxias, el medio intergaláctico. Esto puede provocar cambios fundamentales en las propiedades tanto de la galaxia anfitriona como del medio intergaláctico.

Webb es un telescopio extremadamente sensible capaz de detectar niveles de luz muy bajos. Esto es importante, porque aunque los quásares son intrínsecamente muy brillantes, los que este equipo va a observar se encuentran entre los objetos más distantes del universo. De hecho, están tan distantes que las señales que recibirá Webb son muy, muy bajas. Solo con la exquisita sensibilidad de Webb se puede lograr esta ciencia. Webb también proporciona una excelente resolución angular, lo que hace posible desenredar la luz del quásar de su galaxia anfitriona.

El Telescopio Espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, verá más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.