Telescopios en Chile contribuyen a descubrir el primer agujero negro supermasivo y Cuásar del Universo

12 Enero 2021

Un equipo internacional de astrónomos descubrió el cuásar más distante que se conoce hasta el momento. Formado apenas 670 millones de años después del Big Bang, el cuásar es mil veces más luminoso que la Vía Láctea y está alimentado por el primer agujero negro supermasivo del que se tiene referencia, que pesa más de 1.600 millones de veces la masa del Sol. Observado a más de 13 mil millones de años, este cuásar que está completamente formado, también es el más antiguo que se conoce y proporciona información crucial a los astrónomos sobre la formación de las galaxias masivas en el Universo temprano. El resultado fue publicado hoy en la reunión de enero de 2021 de la Sociedad Americana de Astronomía.

Los cuásares, que son alimentados por agujeros negros supermasivos colosales, son los objetos más energéticos del Universo y ocurren cuando el gas caliente que se encuentra en el disco de acreción alrededor de un agujero negro supermasivo, es atraído inevitablemente hacia el interior, emitiendo energía a través del espectro electromagnético. La cantidad de radiación electromagnética producida por los cuásares es enorme, tanto que los ejemplos más masivos de ellos superan fácilmente la energía emitida por galaxias enteras. Hoy, un equipo internacional de astrónomos anunció el descubrimiento de 

J0313-1806, el cuásar más distante conocido hasta ahora [1].

“Los cuásares más distantes son cruciales para comprender como los primeros agujeros negros se formaron y también entender la reonización cósmica —la última gran fase de transición de nuestro Universo”, explicó Xiaohui Fan, co-autor de la investigación y Profesor Regente de Astronomía en la  Universidad de Arizona. [2]

El cuásar J0313-1806 se le observa a más de 13 mil millones de años atrás, y si bien es el cuásar más distante que se conoce, también es el más antiguo, ya que se formó por completo hace unos 670 millones de años después del Big Bang. El nuevo cuásar es 10 mil millones de veces más luminoso que nuestro Sol —lo que significa que produce mil veces más energía que toda la galaxia de la Vía Láctea. La fuente de poder de este cuásar es un agujero negro supermasivo que es 1,6 mil millones de veces más masivo que nuestro Sol, y corresponde al primer agujero negro del Universo que se conoce actualmente. [3]

La presencia de este agujero negro tan masivo en los primeros tiempos de la historia del Universo, desafía las teorías de la formación de los agujeros negros, ya que los astrónomos necesitan explicar cómo se formó cuando apenas tenía tiempo para hacerlo. El investigador de NASA Hubble en la Universidad de Arizona y autor líder del artículo científico, Feige Wang, explicó que “los agujeros negros creados por las primeras estrellas masivas no pudieron ser capaces de crecer tanto en apenas unos pocos cientos de millones de años.”

Las observaciones que hicieron posible este descubrimiento fueron realizadas utilizando diversos telescopios, incluyendo tres instalaciones de Observatorio AURA y NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF por sus siglas en inglés): el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco en Cerro Tololo, Gemini Sur, y Gemini Norte. Los datos del telescopio Blanco que contribuyen al estudio DESI Legacy Imaging Surveys —que nutre a la comunidad astronómica mediante el Astro Data Lab en el Centro de Datos para la Comunidad Científica de NOIRLab (CSDC)— ayudaron primero a identificar J0313-1806, mientras que las observaciones de Gemini Sur fueron cruciales para confirmar su identidad como un cuásar. Además, se utilizaron espectros de alta calidad de dos observatorios en Hawaii (Gemini Norte y del observatorio W. M. Keck), para medir la masa del agujero negro supermasivo central.

“El cuásar más distante y el agujero negro más antiguo son marcadores importantes en la historia del Universo”, precisó el Director de Programa Martin Still de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. “Los investigadores aprovecharon varias instalaciones de NOIRLab de NSF para realizar este descubrimiento.” 

Además de determinar el peso del monstruoso agujero negro, las observaciones de Gemini Norte y del Observatorio Keck, permitieron descubrir un flujo de salida extremadamente rápido emanando desde el cuásar en forma de un viento de alta velocidad que viaja a un 20% de la velocidad de la luz. “La energía liberada por este flujo extremo de alta velocidad es lo suficientemente grande como para influir en la formación estelar de toda la galaxia anfitriona del cuásar”, explicó Jinyi Yang, becaria postdoctoral de la beca Peter A. Strittmatter del Observatorio Steward en la Universidad de Arizona. Este es el primer ejemplo conocido de un cuásar que modela el crecimiento de su galaxia anfitriona, lo que convierte a J0313-1806 en un objetivo prometedor para futuras observaciones.

La galaxia que alberga a J0313-1806 está experimentando un brote de formación estelar, produciendo estrellas nuevas 200 veces más rápido que en la Vía Láctea. La combinación de esta intensa formación estelar, el cuásar luminoso, y el flujo de alta velocidad hacen de J0313-1806 y su galaxia anfitriona un laboratorio natural prometedor para comprender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas en el Universo temprano.

“Este sería un gran objeto para investigar la formación de los primeros agujeros negros supermasivos”, concluye Feige Wang. “También esperamos aprender más sobre el efecto de los flujos del cuásar en su galaxia anfitriona, así como también aprender cómo se forman las galaxias más masivas en el Universo temprano”.

Notas

[1] Con un corrimiento al rojo de 7,64.

[2] Existen dos fases de transición en el Universo.

[3] La distancia y el tiempo están muy entrelazados en astronomía, ya que la luz de los objetos distantes demora en llegar a los observadores en la Tierra. Por ejemplo, nosotros vemos el Sol como era hace 8 minutos atrás, así como nuestras últimas observaciones del centro de la Vía Láctea muestran como era hace más de 25 mil años atrás. Cuanto más lejos miran los astrónomos, más atrás en el tiempo son capaces de observar.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo “A Luminous Quasar at Redshift 7.642” en la reunión 237 de la Sociedad Americana de Astronomía. El estudio ha sido aceptado en el The Astrophysical Journal Letters.

El equipo estaba compuesto por Feige Wang (Steward Observatory, University of Arizona), Jinyi Yang (Steward Observatory, University of Arizona), Xiaohui Fan (Steward Observatory, University of Arizona), Joseph F. Hennawi (University of California, Santa Barbara and Max Planck Institute for Astronomy), Aaron J. Barth (University of California, Irvine), Eduardo Banados (Max Planck Institute for Astronomy), Fuyan Bian (European Southern Observatory), Konstantina Boutsia (Las Campanas Observatory), Thomas Connor (Jet Propulsion Laboratory), Frederick B. Davies (Lawrence Berkeley National Laboratory and Max Planck Institute for Astronomy), Roberto Decarl (INAF), Emanuele Paolo Farina (Max Planck Institute for Astrophysics), Richard Green (Steward Observatory, University of Arizona), Linhua Jiang (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University), Jiang-Tao Li (University of Michigan), Chiara Mazzucchelli (European Southern Observatory), Riccardo Nanni (University of California, Santa Barbara), Jan-Torge Schindler (Max Planck Institute for Astronomy), Bram Venemans (Max Planck Institute for Astronomy), Fabian Walter (Max Planck Institute for Astronomy), Xue-Bing Wu (Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics and Department of Astronomy, Peking University), Minghao Yue (Steward Observatory, University of Arizona).

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.

Contactos

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Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2102.