Concepción artística del
agujero negro supermasivo más distante jamás descubierto, que es parte de un
cuásar de tan solo 690 millones de años después del Big Bang. Está rodeado por hidrógeno neutro, lo
que indica que es del período llamado la época de reionización, cuando las
primeras fuentes de luz del universo se activaron. Ilustración de Robin Dienel, cortesía
de Carnegie Institution for Science.
Los astrónomos tienen al menos dos preguntas sobre los primeros mil
millones de años del Universo, una era impregnada de misterio literal y
misterio figurativo.
Quieren saber qué es lo que quemó la
niebla: Estrellas, Agujeros Negros Supermasivos o ambos en tándem. ¿Y cómo
crecieron esos inmensos Agujeros Negros en tan poco tiempo?
Ahora
el descubrimiento de un Agujero Negro supermasivo justo en el medio de este
período está ayudando a los astrónomos a resolver ambas preguntas. "Es un sueño hecho realidad que todos
estos datos están apareciendo", dijo Avi Loeb ,
el presidente del departamento de astronomía de la Universidad de Harvard.
El
Agujero Negro, anunciado hoy en la revista Nature , es el
más distante jamás encontrado. Se remonta a 690 millones de años después del
Big Bang.
El
análisis de este objeto revela que la ionización, el proceso que desempeñó el
Universo como secador de pelo en un espejo de baño humeante, estaba casi medio
completa en ese momento. Los investigadores también muestran que el Agujero
Negro ya pesaba 780 millones de veces la masa del Sol.
Un
equipo dirigido por Eduardo Bañados, astrónomo de la Institución Carnegie para
la Ciencia, en Pasadena, encontró el nuevo Agujero Negro cuando estaba buscando
en los datos antiguos, objetos con el color adecuado para ser cuásares ultradistantes: Las invisibles firmas de Agujeros Negros Supermasivos tragando gas.
El
equipo revisó una preliminar lista de candidatos, observado cada uno a su vez. con
un potente telescopio en el Observatorio Las Campanas, ubicado en Chile.
El
09 de marzo de 2017, Bañados observó un débil punto en el cielo del Hemisferio
Sur por 10 minutos. Una mirada a los datos sin procesar confirmaron que era un cuásar – no un objeto
más cercano que se hace pasar por uno – y que quizás fue el más antiguo encontrado.
“Esa noche ni siquiera pude dormir”
dijo Bañados.
Este
equipo de astrónomos, dirigido por Eduardo Bañados utilizó los Telescopios
Magallanes de Carnegie, descubriendo el Agujero Negro supermasivo más distante
jamás observado. Reside en un cuásar luminoso y su luz nos llega desde cuando
el Universo tenía solo el 5 por ciento de su edad actual.
Los cuásares son
objetos extremadamente brillantes, compuestos por enormes agujeros negros que
acrecen la materia en el centro de las Galaxias masivas. Este Agujero Negro
recién descubierto tiene una masa 780 millones de veces la masa de nuestro Sol.
"Reunir toda esta masa en menos de 690
millones de años es un desafío enorme para las teorías del crecimiento súper
masivo del agujero negro", explicó Bañados.
Para hacer crecer Agujeros
Negros tan grandes y tan pronto después del Big Bang, los astrónomos han
especulado que el universo primitivo podría haber tenido condiciones que
permitieran la creación de Agujeros Negros muy grandes con masas que alcanzaban
100.000 veces la masa del Sol. Esto es muy diferente de los agujeros
negros que se forman en el universo actual, que rara vez superan algunas
docenas de masas solares.
Bram Venemans, del
Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania, añadió: "Los cuásares se encuentran entre los objetos celestes más
brillantes y distantes conocidos y son cruciales para comprender el universo
primitivo".
El cuásar de Bañados
es especialmente interesante porque es del tiempo conocido como la época de
reionización, cuando el Universo emergió de su edad oscura.
El Big Bang comenzó
el universo como una sopa caliente y turbia, de partículas extremadamente
energéticas que se expandía rápidamente. A medida que se expandió, se
enfrió.
Alrededor de
400,000 años más tarde (muy rápidamente en escala cósmica), estas partículas se enfriaron
y se fusionaron en gas hidrógeno neutro. El universo permaneció oscuro,
sin ninguna fuente luminosa, hasta que la gravedad condensó la materia en las
primeras estrellas y galaxias.
La energía liberada
por estas Galaxias antiguas causó que el hidrógeno neutral esparcido por todo
el universo se excitara e ionizara, o perdiera un electrón, un estado en el que
el gas se ha mantenido desde ese momento.
Una vez que el
universo se reionizó, los fotones podían viajar libremente por el espacio, por
lo que el universo se volvió transparente a la luz.
El análisis del Quásar
recién descubierto muestra que una gran fracción del hidrógeno en su entorno
inmediato es neutral, lo que indica que los astrónomos han identificado una
fuente en la época de reionización, antes de que suficientes de las primeras
estrellas y galaxias se hayan activado completamente ionizando el universo.
"Fue la última gran transición del universo y
una de las fronteras actuales de la astrofísica", dijo Bañados.
Eduardo Bañados en el Observatorio Las Campanas en Chile, donde
se descubrió el nuevo cuásar. Crédito: Gentileza de Eduardo Bañados
La distancia del
quásar está determinada por lo que se denomina su desplazamiento al rojo, que
es una medida de cuánto se estira la longitud de onda de su luz mediante la
expansión del universo antes de llegar a la Tierra. Cuanto mayor es el
desplazamiento al rojo, mayor es la distancia, y los astrónomos posteriores
están mirando el tiempo cuando observan el objeto.
Este cuásar recién
descubierto tiene un corrimiento al rojo de 7.54, basado en la detección de
emisiones de carbono ionizado de la galaxia que aloja el Agujero Negro masivo. Tomó
más de 13 mil millones de años para que la luz del cuásar nos alcanzara.
La caracterización
de la galaxia anfitriona del quásar se
llevó a cabo utilizando los interferómetros
IRAM / NOEMA y JVLA; y los hallazgos
se informan en un artículo complementario publicado en The Astrophysical Journal
Letters dirigido por Bram Venemans.
"Esta gran distancia hace que estos objetos
sean extremadamente débiles cuando se ven desde la Tierra. Los cuásares
tempranos también son muy raros en el cielo. A pesar de una extensa
búsqueda, solo se sabía que existía un cuásar con un corrimiento al rojo mayor
a siete antes de ahora", dijo Xiaohui Fan del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.
Entre 20 y 100
cuásares tan brillantes y tan distantes como el cuásar descubierto por Bañados
y su equipo, se prevé que existan en todo el cielo, por lo que este es un
gran descubrimiento que proporciona información fundamental del universo
joven, cuando solo tenía un 5 por ciento
su edad actual.
"Este es un descubrimiento muy emocionante,
encontrado al recorrer la nueva generación de estudios sensibles de área amplia
que los astrónomos están llevando a cabo utilizando el explorador de campo
infrarrojo Wide-field de la NASA, Jet Propulsion Laboratory en
órbita y telescopios terrestres en Chile y Hawai", dijo Daniel Stern de
la NASA en Pasadena, "Con la
construcción de varias instalaciones de próxima generación, incluso más
sensibles, podemos esperar muchos descubrimientos emocionantes en los inicios
del universo en los próximos años".
El equipo utilizó
dos instrumentos del telescopio Magellan para observar el agujero negro
supermasivo: FUEGO,
que hizo el descubrimiento, y Fourstar,
que se usó para obtener imágenes adicionales.
"Este importante descubrimiento, junto con la
detección de galaxias distantes, es elucidar las condiciones del universo
durante la época de reionización. Mientras esperamos la construcción de la
nueva generación de telescopios gigantes, como el GMT, telescopios como el
Magellans en El Observatorio Las Campanas en Chile continuará desempeñando un
papel crucial en el estudio del universo temprano ", agregó el director de Las Campanas, Leopoldo
Infante.
Este trabajo se basa en datos recopilados con el telescopio Magellan
Baade, el telescopio Gemini North (programa GN-2017A-DD-4), el telescopio
binocular grande y el interferómetro IRAM / NOEMA.
Fuente:
Quanta Magazine / Carnegie Science -06.dic.2017
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