Cuando una galaxia espiral se presenta correctamente, las observaciones revelan más detalles. Ese es el caso de NGC 7469, una galaxia espiral a unos 220 millones de años luz de distancia. Está de frente hacia nosotros, y el Telescopio Espacial James Webb capturó su revelador retrato científico.
NGC 7469 es científicamente interesante por varias razones y es objeto de varios artículos recientes basados en las observaciones del telescopio espacial James Webb (JWST).
Es una galaxia infrarroja luminosa (LIRG) con un núcleo galáctico activo (AGN). Es una galaxia seyfert, que son algunos de los objetos más intensamente estudiados en el Universo. son similares a cuásares pero más cerca y menos luminosa. Los astrofísicos creen que están alimentados por la misma fuente que los cuásares, pero son más fáciles de observar. NGC 7469 tiene un núcleo brillante y es una de las galaxias más estudiadas de su tipo. También tiene un anillo de estallido estelar incrustado en su región circunnuclear. Para colmo, es parte de un par de galaxias que interactúan, el otro es el mucho más pequeño IC 5283. (El par también se conoce como Arp 298 en el Atlas de galaxias peculiares.)
Debido a todas sus características intrigantes y porque aparece de frente desde nuestro punto de vista, los astrónomos han estudiado NGC 7469 atentamente. Solo tiene sentido que una vez que el JWST esté operativo, también lanzaría sus agudos ojos infrarrojos sobre la galaxia.
Un programa de observación reciente llamado OBJETIVOS (Great Observatories All-sky LIRG Survey) incluyó la galaxia en sus observaciones. GOALS combina observaciones de galaxias de múltiples fuentes: Spitzer, Hubble, Chandra, galexy ahora, el JWST.
El sitio web de GOALS dice: “Las galaxias evolucionan a través de una combinación de procesos seculares, como la acumulación de gas frío, y procesos no seculares, como las fusiones galácticas, que pueden desencadenar estallidos estelares masivos y AGN poderosos. JWST transformará nuestra comprensión de la evolución galáctica, brindando una visión detallada de la física de la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros en galaxias cercanas y distantes”.
Si bien NGC 7469 está bien estudiado, su naturaleza compacta y su polvo son obstáculos para comprenderlo. Pero el poder y la sensibilidad del JWST están superando esos obstáculos. El telescopio está aportando una nueva comprensión de las relaciones entre el AGN central de la galaxia, el anillo de estallido estelar y todo el gas y el polvo.
Los artículos recién publicados muestran cómo el JWST está transformando nuestra comprensión de la evolución galáctica. Sus instrumentos, MIRI, NIRCam y NIRspec, han revelado nuevos detalles ocultos a los predecesores del JWST. El equipo de GOALS encontró cúmulos de formación de estrellas muy jóvenes nunca antes vistos, así como bolsas de gas molecular turbulento muy cálido. También encontraron evidencia directa de la destrucción de pequeños granos de polvo a unos pocos cientos de años luz del núcleo, lo que demuestra que el AGN está impactando en el medio interestelar circundante.
El Webb también reveló más detalles sobre la salida de gas molecular procedente de la galaxia. El gas está ionizado y muy difuso y sale de la galaxia a unos 6,4 millones de kph (4 millones de mph).
Si bien el JWST nos ha brindado magníficas imágenes que inspiran nuestro espíritu de asombro, las imágenes de estos estudios son más científicas. No los verá en los calendarios, pero atraerán a su curioso astrofísico interno.
El primero de los documentos es «GOALS-JWST: Resolver la dinámica del gas circunnuclear en NGC 7469 en el infrarrojo medio». Está publicado en Astrophysical Journal Letters, y el autor principal es Vivian U, astrónomo asistente de investigación en la Universidad de California Irvine.
Esta es la primera vez que la dinámica de gas en el infrarrojo medio en la región central de un núcleo LIRG se ha visto con tanta claridad. Es otro ejemplo de cómo el poder del JWST está impulsando nuestra comprensión de la evolución de las galaxias. Las imágenes muestran claramente cómo el AGN deposita energía en el denso gas interestelar a través de choques. Es un ejemplo de retroalimentación AGN, un tema de gran interés para los astrofísicos que intentan comprender cómo esa retroalimentación da forma al crecimiento y la evolución de las galaxias.
El segundo artículo es «GOALS-JWST: NIRCam and MIRI Imaging of the Circumnuclear Starburst Ring in NGC 7469». Se envió a Astrophysical Journal Letters pero está disponible en arxiv.org. El autor principal es Thomas Bohn, del Centro de Ciencias Astrofísicas de Hiroshima, Universidad de Hiroshima, Japón.
Este estudio identificó 66 regiones de formación de estrellas en el anillo de estallido estelar de NGC 7469, 37 de las cuales no fueron identificadas en observaciones previas del Telescopio Espacial Hubble. Estas son probablemente poblaciones estelares jóvenes de no más de 5 millones de años. Esto muestra el poder del JWST para ver a través del polvo que oscurece. «Gracias a JWST, encontramos una cantidad significativa de fuentes de polvo jóvenes que antes no se veían debido a la extinción del polvo», escriben los autores. «Estos resultados ilustran la eficacia de JWST para identificar y caracterizar la formación estelar previamente oculta en los entornos de formación estelar más densos alrededor de AGN».
Las regiones recién identificadas en este estudio tienden a ser las más rojas y tenues, según los autores. Eso tiene sentido ya que el JWST sobresale en la identificación de ese tipo de objetos. Los resultados del estudio indican que «… con JWST, estamos descubriendo una gran cantidad de fuentes muy ocultas que HST había pasado por alto». Eso, en pocas palabras, resume el propósito del JWST.
«En total, detectamos 66 regiones de formación de estrellas en NIRCam», explican los autores. «Esto más que duplica las 30 fuentes identificadas previamente por HST».
El tercer estudio es «GOALS-JWST: Tracing AGN Feedback on the Star-Forming ISM in NGC 7469». Está disponible en arxiv.org. El autor principal es Thomas S.-Y. Lai de IPAC, Instituto de Tecnología de California.
La retroalimentación AGN es un tema candente en astronomía. Explora cómo el gas de salida de los núcleos galácticos activos deposita energía e impulso en el interestelar. medio (ISM.) La retroalimentación AGN juega un papel clave en la evolución de las galaxias al redistribuir el gas. De alguna manera, los SMBH y sus galaxias anfitrionas coevolucionan y AGN está conectado.
Este estudio se centra en los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los HAP son una gran clase de sustancias químicas orgánicas que contienen átomos de carbono. Se consideran componentes básicos de la vida, pero también ayudan a los astrónomos de otra manera. Brillan en las regiones de formación de estrellas y permiten a los astrónomos trazar los contornos de las nubes de gas que dan origen a las estrellas. Los PAH también pueden indicar la tasa de formación de estrellas.
Las características de los PAH en diferentes regiones de formación estelar arrojan luz sobre la retroalimentación AGN en NGC 7469. Los autores explican que «… el AGN central
¿A qué se suma todo? Estos datos son demasiado preliminares para llegar a grandes conclusiones sobre la retroalimentación de AGN. Pero es una pieza del rompecabezas que ayudará a guiar futuras observaciones. «Las observaciones futuras con JWST sin duda arrojarán mucha luz sobre la importancia de la retroalimentación de AGN sobre la formación de estrellas en las galaxias», escriben los autores.
El cuarto artículo es «GOALS-JWST: Espectroscopía de infrarrojo medio del núcleo de NGC 7469», y se envió a Astrophysical Journal Letters. También está disponible en arxiv.org. El autor principal es Lee Armus de IPAC, Instituto de Tecnología de California. Se enfoca en el flujo de salida de los Núcleos Galácticos Activos de NGC 7469.
Los autores señalan cuán críticos son los LIRG para comprender el crecimiento de los agujeros negros. Los estallidos masivos de formación estelar potencian la mayor parte de la luminosidad de los LIRG, pero los AGN también contribuyen. Las contribuciones de AGN a la luminosidad de las galaxias varían ampliamente, y eso es algo que los astrofísicos quieren comprender mejor.
Los observatorios infrarrojos anteriores, como el telescopio espacial Spitzer, fueron útiles, pero Spitzer estaba limitado por su pequeño espejo. Una vez más, el JWST está empujando los límites de las observaciones infrarrojas. Su espejo más grande y su mayor sensibilidad están dando sus frutos. «… ahora estamos preparados para ampliar en gran medida nuestra comprensión de las regiones polvorientas de formación de estrellas, los AGN nacientes, las salidas galácticas y toda la variedad de galaxias activas durante un período extremadamente largo de tiempo cósmico», escriben los autores.
La región alrededor de los AGN es compleja y de múltiples capas. Los autores de este artículo lo llaman un “… multi-fase
medios interestelares que rodean agujeros negros supermasivos que se acumulan activamente”, y mencionan cómo estas imágenes MIRI, aunque tempranas, resaltan la poderosa capacidad del JWST para explorar la región.
En comparación con los observatorios IR anteriores, el «… poder de resolución mucho mayor del JWST permite que las formas de las líneas del infrarrojo medio y, por lo tanto, la dinámica del gas molecular atómico y cálido, se analicen en detalle por primera vez». Uno de sus hallazgos es que el gas en el viento nuclear de AGN se desplaza hacia el azul y se mueve mucho más rápido de lo que se pensaba. Tal vez en contra de la intuición, el gas mayormente desplazado hacia el azul sugiere que el flujo de salida impulsado por AGN de NGC 7469 se está desacelerando. Eso muestra cuán compleja es la región y por qué las observaciones detalladas con el JWST son la mejor manera de comprender las galaxias, la formación de estrellas y el crecimiento de los agujeros negros.
Si bien las hermosas imágenes de Webb de estructuras como Cosmic Cliffs crean titulares y alimentan nuestra imaginación, estos estudios muestran cómo su poder de resolución y sensibilidad están impulsando la ciencia hacia adelante.
La imagen principal de NGC 7469 es la imagen del mes de Webb por una buena razón. Los brazos espirales de la galaxia, su núcleo brillante e incluso el pico de difracción del propio telescopio son ingredientes importantes en una imagen atractiva.
Pero como muestran estos cuatro artículos iniciales, el JWST está entregando una gran cantidad de datos junto con sus imágenes más accesibles. Con un precio de más de $10 mil millones, de eso se trata realmente el telescopio.
