es 800 millones de veces más masivo que el sol
Ilustración del artista del agujero negro supermasivo más distante jamás descubierto, que es parte de un cuásar desde tan solo 690 millones de años después del Big Bang. Crédito original de la imagen: Robin Dienel, cortesía de Carnegie Institution for Science
Por Charles Q. Choi, colaborador de Space.com | 6 de diciembre de 2017
Los astrónomos han descubierto el agujero negro supermasivo más antiguo que se haya encontrado, un gigante que creció a 800 millones de veces la masa del sol cuando el universo tenía solo el 5 por ciento de su edad actual, según halla un estudio reciente.
Este nuevo agujero negro gigante, que se formó solo 690 millones de años después del Big Bang, algún día podría ayudar a arrojar luz sobre una serie de misterios cósmicos, como cómo los agujeros negros podrían haber alcanzado tamaños gigantescos rápidamente después del Big Bang y cómo el universo despejó de la neblina oscura que una vez llenó todo el cosmos, dijeron los investigadores en el nuevo estudio.
Se piensa que los agujeros negros supermasivos con masas de millones a miles de millones de veces los del Sol acechan en el corazón de la mayoría de las galaxias, si no de todas. Investigaciones anteriores sugirieron que estos gigantes liberan cantidades extraordinariamente grandes de luz cuando destruyen estrellas y devoran la materia, y es probable que sean la fuerza motriz detrás de los cuásares, que se encuentran entre los objetos más brillantes del universo.
Los astrónomos pueden detectar cuásares desde los rincones más remotos del cosmos, convirtiendo a los cuásares en los objetos más distantes conocidos. Los cuásares más lejanos son también los quásares más antiguos que se conocen: cuanto más distante uno es, más tiempo tarda su luz en llegar a la Tierra.
El registro anterior para el cuásar más antiguo y más lejano fue establecido por ULAS J1120 + 0641. Ese cuásar se encuentra a 13.0400 millones de años luz de la Tierra y existió unos 750 millones de años después del Big Bang. El quasar recién descubierto (y su agujero negro), llamado ULAS J1342 + 0928, se encuentra a 13.100 millones de años luz de distancia.
Cómo crecen los monstruosos agujeros negros
Explicar cómo los agujeros negros pudieron engullir suficiente materia para alcanzar tamaños supermasivos al principio de la historia cósmica ha resultado extraordinariamente desafiante para los científicos. Como tal, los investigadores quieren ver tantos agujeros negros supermasivos tempranos como sea posible para aprender más sobre su crecimiento y sus efectos en el resto del cosmos.
"Los cuásares más distantes pueden proporcionar información clave sobre cuestiones pendientes en astrofísica", dijo el autor principal del estudio, Eduardo Bañados, astrofísico de Carnegie Institution for Science.
Los investigadores predijeron que solo entre 20 y 100 cuásares tan brillantes y tan distantes como el quásar recién descubierto existen en todo el cielo visible desde la Tierra.
"Este cuásar en particular es tan brillante que se convertirá en una mina de oro para los estudios de seguimiento y será un laboratorio crucial para estudiar el universo temprano", dijo Bañados a Space.com. "Ya obtuvimos observaciones para este objeto con varios de los telescopios más potentes del mundo. Pueden surgir más sorpresas".
Encontrando el gigante
Los investigadores detectaron y analizaron cuasar ULAS J1342 + 0928 utilizando uno de los Telescopios Magellan en el Observatorio Las Campanas en Chile, así como el Telescopio Binocular Grande en Arizona y el telescopio Gemini Norte en Hawai. Su agujero negro central tiene una masa unas 800 millones de veces la del sol y existía cuando el universo tenía solo 690 millones de años, o solo el 5 por ciento de su edad actual. [Sin escape: la anatomía de un agujero negro (infografía)]
"Toda esa masa, casi mil millones de veces la masa del sol, necesita ser recolectada en menos de 690 millones de años", dijo Bañados. "Eso es extremadamente difícil de lograr y es algo que los teóricos necesitarán explicar en sus modelos".
Quasares como J1342 + 0928 son raros. Los investigadores buscaron una décima parte de todo el cielo visible desde la Tierra y encontraron solo un cuásar de esta época temprana.
Solo alrededor de 60 millones de años separan este quásar recién descubierto del poseedor del récord anterior. Aún así, este lapso de tiempo fue "aproximadamente el 10 por ciento de la edad del universo en esas épocas cósmicas tempranas, cuando las cosas evolucionaron muy rápidamente", dijo Bañados. Eso significa que esta diferencia en el tiempo podría arrojar pistas importantes sobre la evolución del universo temprano.
Este nuevo cuásar también es de interés para los científicos porque proviene de un tiempo conocido como "la época de la reionización", cuando el universo emergió de su edad oscura. "Fue la última gran transición del universo y una de las fronteras actuales de la astrofísica", dijo Bañados en un comunicado.
Justo después del Big Bang, el universo era una sopa caliente de iones en rápida expansión, o partículas cargadas eléctricamente. Aproximadamente 380,000 años más tarde, estos iones se enfriaron y se fusionaron en gas hidrógeno neutro. El universo permaneció oscuro hasta que la gravedad atrajo la materia hacia las primeras estrellas. La intensa luz ultravioleta de esta época provocó que este turbio hidrógeno neutro se excitara e ionizara, o que ganara carga eléctrica, y el gas ha permanecido en ese estado desde ese momento. Una vez que el universo se reionizó, la luz podría viajar libremente a través del espacio.
Representación artística del descubrimiento del cuásar más distante conocido. 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. Crédito original de la imagen: Robin Dienel, cortesía de Carnegie Institution for Science
Vislumbrando el universo temprano
Aún se desconoce mucho sobre la época de reionización, como qué fuentes de luz provocaron la reionización. Algunos trabajos anteriores sugirieron que las estrellas masivas eran en su mayoría responsables de la reionización, pero otras investigaciones dieron a entender que los agujeros negros eran un culpable importante, y potencialmente dominante, detrás de este evento.
"Cómo y cuándo ocurrió la reionización del universo tiene implicaciones fundamentales sobre cómo evolucionó el universo", dijo Bañados.
Los nuevos hallazgos revelaron que una gran fracción del hidrógeno en las inmediaciones del quásar recién encontrado tenía carga neutra. Esto sugiere que este cuásar proviene bien dentro de la época de la reionización, y un análisis más profundo de este podría arrojar luz sobre lo que sucedió durante este momento crucial.
Sin embargo, para realmente aprender más sobre la época de la reionización, los científicos necesitan más que solo uno o dos cuásares tempranos y distantes para observar. "Necesitamos encontrar más de estos cuásares a distancias similares o mayores", dijo Bañados. "Esto es extremadamente difícil, ya que son muy raros. Esto es realmente como encontrar la aguja en un pajar".
Aún así, el hecho de que este nuevo cuásar sea tan brillante y grande sugiere que "probablemente no sea el primer cuásar que se haya formado, así que debemos seguir buscando", dijo Bañados.
Los científicos detallaron sus hallazgos en la edición del 7 de diciembre de la revista Nature. Los investigadores también publicaron un artículo complementario en The Astrophysical Journal Letters.
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