Astrónomos descubren enorme agujero negro en los albores del Universo

El segundo cuásar más distante que se haya descubierto ahora tiene un nombre hawaiano

25 Junio 2020

Utilizando el telescopio de Gemini Norte y el telescopio Víctor Blanco de Cerro Tololo, (CTIO) un grupo de astrónomos descubrió el segundo cuásar más distante que se haya encontrado. Además, es el primer cuásar en recibir un nombre indígena hawaiano: Pōniuāʻena. El cuásar contiene un monstruoso agujero negro con el doble de la masa del agujero negro del único cuásar encontrado en la misma época, lo que desafía las teorías actuales de formación y crecimiento de agujeros negros supermasivos en el Universo temprano.

Después de más de una década de búsqueda de los primeros cuásares, un equipo de astrónomos utilizó el Telescopio Gemini Norte y CTIO, ambos programas de NOIRLab de NSF y de Observatorio AURA, para descubrir el cuásar más masivo conocido en el Universo temprano que se formó sólo 700 millones de años después del Big Bang [1]. Alimentados ​​por sus agujeros negros supermasivos, los cuásares son los objetos más energéticos del Universo, y desde su descubrimiento los astrónomos han estado interesados ​​en determinar cuándo aparecieron por primera vez en nuestra historia cósmica.

Las búsquedas sistemáticas de estos objetos han llevado al descubrimiento del cuásar más distante en 2018 (denominado J1342 + 0928) y ahora el segundo más distante (J1007 + 2115) [2]. El programa A Hua He Inoa nombró a J1007 + 2115 como Pōniuāʻena, que significa "fuente giratoria invisible de creación, rodeado de brillantez" en el idioma hawaiano [3]. El agujero negro supermasivo que alimenta a Pōniuāʻena es 1,5 mil millones de veces más masivo que nuestro Sol.

"Pōniuāʻena es el objeto más distante conocido en el Universo que alberga un agujero negro de más de mil millones de masas solares", señaló Jinyi Yang, Asociado de Investigación Postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

Para que un agujero negro de este tamaño se forme tan temprano en el Universo, necesitaría comenzar como un agujero negro “semilla” de 10 mil masas solares, aproximadamente 100 millones de años después del Big Bang, en lugar de crecer a partir de un agujero negro mucho más pequeño formado por el colapso de una sola estrella.

"¿Cómo puede el Universo producir un agujero negro tan masivo y tan temprano en su historia?" Se preguntó Xiaohui Fan, profesor de Regents y jefe asociado del Departamento de Astronomía de la Universidad de Arizona. "Este descubrimiento presenta el mayor desafío para la teoría de la formación y crecimiento de agujeros negros en el Universo temprano".

La teoría actual sugiere que al comienzo del Universo después del Big Bang, los átomos estaban demasiado distantes entre sí para interactuar y formar estrellas y galaxias. El nacimiento de las estrellas y galaxias, tal como las conocemos, ocurrió durante la Época de la reionización, que comenzó unos 400 mil millones de años después del Big Bang. El descubrimiento de cuásares como Pōniuāʻena, en lo profundo de la época de reionización, es un gran paso hacia la comprensión de este proceso de reionización y la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y galaxias masivas. Pōniuāʻena ha puesto nuevas e importantes restricciones en la evolución de la materia entre galaxias (el medio intergaláctico) en la época de reionización.

La búsqueda de cuásares distantes comenzó con el equipo de investigación revisando grandes áreas como el estudio de imágenes DECaLS que utiliza la Cámara de Energía Oscura (DECam), en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros, ubicado en CTIO, en Chile. El equipo descubrió un posible cuásar en los datos, y en 2019 lo observaron con el telescopio Gemini Norte y el Observatorio W. M. Keck, ambos en Maunakea, en la isla de Hawai‘i. El instrumento GNIRS de Gemini confirmó la existencia de Pōniuāʻena.

"Las observaciones con Gemini fueron críticas para obtener espectros de infrarrojo cercano de alta calidad que nos proporcionaron la medición de la asombrosa masa del agujero negro", comentó Feige Wang, miembro de la NASA NHFP en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

En honor a su descubrimiento en Maunakea -una montaña sagrada venerada en la cultura hawaiana-, este cuásar recibió el nombre hawaiano de Pōniuāʻena. El nombre fue creado por treinta maestros de escuelas hawaianas durante un taller encabezado por el grupo A Hua He Inoa, un programa de nombres hawaianos dirigido por el Centro de Astronomía ‘Imiloa de Hawai‘i. Pōniuāʻena es el primer cuásar en recibir un nombre indígena.

"Además del trabajo conjunto de los telescopios de NOIRLab que hicieron posible este descubrimiento, es emocionante ver la colaboración de la ciencia y la cultura en las comunidades locales, resaltada por este nuevo nombre", dijo Chris Davis, Oficial de Programas de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

"Estoy extremadamente agradecida de ser parte de esta experiencia educativa: es una oportunidad de aprendizaje poco común", dijo Kauʻi Kaina, una maestra hawaiana de la escuela secundaria de Kahuku, Oʻahu, que participó en el taller de nombres. "Hoy es importante aplicar estos valores culturales para promover el bienestar del idioma hawaiano más allá de los contextos comunes, como en la escuela, pero también para que el idioma viva en todo el Universo", agregó.

Por su parte, el Director del Observatorio AURA en Chile, Dr. Mario Hamuy señaló que “es un orgullo ver cómo la ciencia se combina con la cultura de las comunidades cercanas a nuestros telescopios, ya sea en Chile, Hawaii y Tucson. Nombrar al segundo cuásar más energético como Pōniuāʻena otorga un valor cultural a este descubrimiento y acerca la ciencia al público general”.

Notas

[1] Esto corresponde a un redshift de 7,52 o un tiempo retrospectivo de 13,02 mil millones de años.

[2] El nombre completo del cuásar es J100758.264 + 211529.207.

[3] Pronounced: POH-knee-ew-aah-EH-na.

Más Información

Esta investigación fue presentada en un artículo por aparecer en The Astrophysical Journal Letters.

El equipo está compuesto por Jinyi Yang (Universidad de Arizona), Feige Wang (Universidad de Arizona), Xiaohui Fan (Universidad de Arizona), Joseph F. Hennawai (Universidad de California, Santa Bárbara), Frederick B. Davis (Universidad de California , Santa Bárbara), Minghao Yue (Universidad de Arizona), Eduardo Bañados (Instituto Max Planck de Astronomía), Xue-Bing Wu (Universidad de Pekín), Bran Venemans (Instituto Max Planck de Astronomía), Aaron J. Barth (Universidad de California , Irvine), Fuyan Bian (Observatorio Europeo Austral), Roberto Decalari (INAF), Emanuele Paolo Farina (Instituto Max Planck de Astrofísica), Richard Green (Universidad de Arizona), Linhua Jiang (Universidad de Pekín), Jiang-Tao Li (Universidad de Michigan), Chiara Mazzucchelli (Observatorio Europeo Austral) y Fabian Walter (Instituto Max Planck de Astronomía).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

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Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2015.