Casi todas las galaxias acogen un monstruo en el centro: un agujero negro supermasivo de millones a mil millones de veces el tamaño del Sol. Aunque todavía hay mucho por aprender acerca de estos objetos, muchos científicos creen que son cruciales para la formación y la estructura de las galaxias. Además, algunos de estos agujeros negros son particularmente activos, dando lugar a estrellas, polvo y gas en discos de acreción brillantes que emiten una potente radiación al cosmos mientras consumen materia a su alrededor. Estos objetos llamados como «quásares» son algunos de los objetos más lejanos que pueden ver los astrónomos y ahora hay un nuevo registro de los más lejanos observados nunca.

Un equipo de científicos, dirigido por el ex estudiante postdoctoral de la Santa Bárbara Feige Wang y incluido el profesor Joe Hennawi y la actual posdoctorado Riccardo Nanni, anunció el descubrimiento de J0313-1806, el quásar más lejano descubierto hasta ahora. Visto como habría aparecido hace más de 13.000 millones de años, este quásar lejano completamente formado también es el primero que se ha descubierto hasta ahora, que proporciona a los astrónomos una visión de la formación de galaxias masivas en el universo temprano. Los hallazgos del equipo se publicaron en la reunión de la American Astronomical Society de enero de 2021 y se publicaron en Astrophysical Journal Letters.

Los cuásares son los objetos más energéticos del universo. Se producen cuando el gas del disco de acreción sobrecalentado alrededor de un agujero negro supermasivo extrae inexorablemente hacia el interior, lanzando energía al espectro electromagnético. Esto libera enormes cantidades de radiación electromagnética, con los ejemplos más masivos que brillan fácilmente como galaxias enteras.

El quasar J0313-1806 se encuentra a 13.000 millones de años luz de distancia y se formó sólo 690 millones de años después del Big Bang. Es alimentado por el primer agujero negro supermasivo conocido que, a pesar de su formación temprana, aunque pesa más de 1.600 millones de veces la masa del Sol. De hecho, J0313-1806 supera la moderna Vía Láctea por un factor de 1.000.

Los quásares más lejanos son cruciales para entender cómo se formaron los primeros agujeros negros y para comprender la reionización cósmica, la última gran fase de transición de nuestro universo.

La presencia de un agujero negro tan masivo tan pronto en la historia del universo desafía las teorías de la formación de agujeros negros. Según explica el autor principal Wang, ahora miembro de la NASA Hubble en la Universidad de Arizona: «Los agujeros negros creados por las primeras estrellas masivas no habrían podido crecer tan grandes en pocos cientos de millones de años».

El carácter crucial para la caracterización del nuevo quásar fue un espectro de alta calidad obtenido en el Observatorio WM Keck.

Además de pesar el agujero negro del monstruo, las observaciones del Observatorio Keck descubrieron una salida excepcionalmente rápida que emanaba del cuásar en forma de viento de alta velocidad que viajaba al 20% de la velocidad de la luz. «La energía liberada por una salida tan extrema de alta velocidad es lo suficientemente grande como para afectar la formación estelar en toda la galaxia huésped del cuásar», dijo Jinyi Yang, del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona .

La primera galaxia que alberga el quásar está experimentando un aumento de la formación de estrellas, produciendo nuevas estrellas 200 veces más rápido que la Vía Láctea actual. El sistema es el primer ejemplo conocido de un quásar que esculpe el crecimiento de su galaxia huésped. La combinación de esta intensa formación estelar, el quásar luminoso y el flujo de salida de alta velocidad convierten J0313-1806 y su galaxia huésped en un laboratorio natural prometedor para entender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias huéspedes en el universo temprano.

Encontrar estos quásares lejanos requiere un trabajo increíblemente minucioso, ya que son como agujas en un pajar. Los astrónomos extraen imágenes digitales de miles de millones de objetos celestes para encontrar candidatos prometedores de cuásar. «La tasa actual de éxito para encontrar estos objetos es alrededor del 1%», remarcó Hennawi.

Hennawi, Wang y Nanni están desarrollando herramientas de aprendizaje automático para analizar estos datos y hacer más eficaz el proceso de búsqueda de quasars distantes. «En los próximos años, el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA nos permitirán encontrar quizás un centenar de cuásares a esa distancia o más lejos», dijo Hennawi. «Con una gran muestra estadística de estos objetos, podremos construir una línea temporal precisa de la época de la reionización, así como dar más luz sobre cómo se formaron estos agujeros negros masivos».

Más información: Feige Wang et al. A Luminous Quasar at Redshift 7.642, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/abd8c6

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