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ASTRONOMÍA

Hallan un agujero negro, 1.500 millones de veces mayor que el sol, en los albores del universo

Impresión artística del cuásar, el primero en recibir un nombre indígena hawaiano.
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Impresión artística del cuásar, el primero en recibir un nombre indígena hawaiano. (Foto: Observatorio Internacional de Géminis / NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld)
sábado 27 de junio de 2020, 10:15h

Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto el cuásar más masivo conocido en el universo primitivo, que alberga un monstruoso agujero negro con una masa equivalente a 1.500 millones de soles. Designado formalmente como J1007 + 2115, el cuásar recién descubierto es uno de los dos únicos conocidos del mismo período cosmológico.

Un cuásar es una fuente de radiación celeste muy intensa que tiene apariencia estelar, pero cuya naturaleza exacta no se conoce. Los cuásares son los objetos más enérgicos del universo, y desde su descubrimiento, los astrónomos han estado interesados ​​en determinar cuándo aparecieron por primera vez en nuestra historia cósmica.

En honor a su descubrimiento a través de telescopios en Maunakea, una montaña venerada en la cultura hawaiana, el quásar recibió el nombre hawaiano de Pōniuāʻena, que significa "fuente giratoria invisible de creación, rodeado de brillantez". Según la teoría actual, los cuásares son impulsados ​​por agujeros negros supermasivos. A medida que los agujeros negros engullen la materia circundante, como el polvo, el gas o incluso estrellas enteras, emiten enormes cantidades de energía, lo que da como resultado luminosidades conocidas que eclipsan a galaxias enteras.

El agujero negro supermasivo que alimenta a Pōniuāʻena hace que este cuásar sea el objeto más distante y, por lo tanto, el más antiguo conocido en el universo que alberga un agujero negro por encima de los mil millones de masas solares. Según un nuevo estudio que documenta el descubrimiento del cuásar, la luz de Pōniuāʻena tardó 13.020 millones de años en llegar a la Tierra, comenzando su viaje solo 700 millones de años después del Big Bang.

"Es el primer monstruo de este tipo que conocemos", explica Jinyi Yang, investigador asociado postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y autor principal del estudio, que se publicará en The Astrophysical Journal Letters. "El tiempo fue demasiado corto para que creciera desde un pequeño agujero negro hasta el enorme tamaño que vemos".

La cuestión acerca de cómo podría materializarse un agujero negro tan masivo cuando el universo aún estaba en su infancia ha inquietado a los astrónomos durante mucho tiempo, señala el coautor Xiaohui Fan, profesor de regentes y jefe asociado del Departamento de Astronomía de Arizona. "Este descubrimiento presenta el mayor desafío para la teoría de la formación y el crecimiento de agujeros negros en el universo temprano", añade.

En cambio, los autores del estudio sugieren que el cuásar habría tenido que comenzar como un agujero negro "semilla" que ya contiene la masa equivalente de 10,000 soles alrededor de 100 millones de años después del Big Bang.

Pōniuāʻena fue descubierto a través de una búsqueda sistemática de los quásares más distantes. Comenzó con el equipo de investigación revisando grandes áreas como la encuesta de imágenes DECaLS, que utiliza la cámara de energía oscura en el telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros ubicado en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, y las imágenes de UHS encuesta, que utiliza la cámara de campo ancho en el telescopio infrarrojo del Reino Unido, ubicado en Maunakea.

El equipo descubrió un posible cuásar en los datos y en 2019 lo observó con telescopios, incluido el telescopio Gemini North y el Observatorio WM Keck, ambos en Maunakea. El telescopio de Magallanes en el Observatorio Las Campanas en Chile confirmó la existencia de Pōniuāʻena.

"Las observaciones con Géminis fueron críticas para obtener los espectros de infrarrojo cercano de alta calidad que nos proporcionaron la medición de la asombrosa masa del agujero negro", señala el coautor Feige Wang, miembro del Hubble de la NASA en el Observatorio Steward.

El descubrimiento de un cuásar en los albores del cosmos proporciona a los investigadores una interesante visión sobre una época en que el universo aún era joven y muy diferente de lo que vemos hoy, dijeron los investigadores.

La teoría actual sugiere que al principio de todo, después del Big Bang, los átomos estaban demasiado distantes entre sí para interactuar y formar estrellas y galaxias. El nacimiento de estrellas y galaxias como las conocemos ocurrió durante la Época de Reionización, unos 400 millones de años después del Big Bang. "Después del Big Bang, el universo estaba muy frío, porque todavía no había estrellas; no había luz", indica Fan. "Las primeras estrellas y galaxias aparecieron entre 300 y 400 millones de años, y comenzaron a calentar el universo".

Bajo la influencia del calentamiento, las moléculas de hidrógeno fueron despojadas de electrones en un proceso conocido como ionización. Este proceso duró solo unos pocos cientos de millones de años, un abrir y cerrar de ojos en la vida del universo, y es objeto de una investigación en curso.

El descubrimiento de cuásares como Pōniuāʻena, en lo profundo de la época de reionización, es un gran paso hacia la comprensión de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y galaxias. Pōniuāʻena ha puesto nuevas e importantes restricciones en la evolución de la materia entre galaxias, conocido como el medio intergaláctico, durante la época de reionización. "Parece que este quásar se detectó justo en el punto medio de ese período", dijo Fan, "y el hecho de que podamos observar estos objetos nos ayuda a refinar lo que sucedió durante ese período".

En 2018, el equipo de encuesta anunció el descubrimiento del cuásar más distante encontrado hasta la fecha. Designado como J1342 + 0928, ese objeto es 2 millones de años más viejo que Pōniuāʻena, una diferencia bastante insignificante para los estándares cósmicos, según Fan, que participó en ambos descubrimientos.

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