El cuásar, el agujero negro y sus sorpresas

Alguna vez he hablado aquí en Astrométrico de los cuásares. Son los objetos más energéticos del universo, dejando en mantillas a las supernovas. De hecho la energía del cuásar llega a superar incluso a la de toda la galaxia que lo alberga y emite su energía en todas las bandas del espectro electromagnético. Se producen cuando un agujero negro supermasivo sobrecalienta su disco de acreción debido a la grandísima atracción gravitatoria a la que es sometido.

Se conocen varios cuásares. Sin embargo, un equipo internacional de científicos ha anunciado el descubrimiento del cuásar J0313-1806, que tiene la particularidad de ser el más distante conocido hasta la fecha. Está situado a más de 13 000 millones de años luz, lo que se corresponde con un desplazamiento al rojo de 7,642. Para que se hagan una idea, este objeto se formó unos 670 millones de años tras el Big Bang.

«Los cuásares más distantes son esenciales para comprender cómo se formaron los primeros agujeros negros y para entender la reionización cósmica, la última gran transición de fase de nuestro universo», explica Xiaohui Fan, profesor de Astronomía en la universidad de Arizona y coautor del artículo que expone la investigación (Wang, 2021) en The Astrophysical Journal Letters.

La luminosidad del cuásar

Este nuevo cuásar recién descubierto es más de 10 billones (sí, billones con b) de veces más luminoso que nuestro Sol. O dicho de otra forma, J0313-1806 emite más de mil veces la energía toda la Vía Láctea. Está alimentado por un agujero negro supermasivo que tampoco es nada despreciable: tiene un tamaño de 1 600 millones de veces la masa del Sol. Y también es el agujero negro más antiguo conocido hasta la fecha.

Como todos los grandes descubrimientos, pone en jaque el conocimiento actual. De hecho, la presencia de este objeto tan masivo en un universo tan joven desafía las teorías de formación de los agujeros negros supermasivos. Ahora los astrónomos tienen la tarea de explicar cómo ha podido llegar a existir este objeto cuando apenas ha tenido tiempo de formarse según los modelos anteriores.

Feige Wang, científico en la universidad de Arizona y autor principal del artículo explica que «los agujeros negros creados por las primeras estrellas masivas no deberían haber crecido tanto en solo unos pocos cientos de millones de años». Así que con esta investigación se abre una nueva rama para averiguar cómo se pudo formar este agujero negro supermasivo poco después del origen del universo.

¿Cómo se descubrió el cuásar?

Las observaciones que dieron pie a este descubrimiento se realizaron utilizando una gran variedad de telescopios. Incluyen tres de las instalaciones del NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) como son los telescopios Víctor M. Blanco en Cerro Tololo (Chile), Gemini Sur en Cerro Pachón (Chile) y Gemini Norte en la montaña Maunakea de Hawaii (Estados Unidos).

Los datos del Telescopio Víctor M. Blanco, tomados como parte del sondeo DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), ayudaron a encontrar a J0313-1806. Sin embargo fue Gemini Sur quien confirmó su naturaleza de cuásar. Luego, Gemini Norte junto al telescopio W. N. Keck, también en Maunakea, calcularon la masa del agujero negro supermasivo central mediante espectroscopía de alta calidad.

Velocidades extremadamente altas y formación estelar

Además de medir el tamaño de este monstruoso agujero negro, las observaciones de Gemini Norte y W.N. Keck encontraron un flujo de salida que se desplaza a una velocidad extremadamente alta: un 20% de la velocidad de la luz. Es decir 60 000 Km/s. «La energía liberada por un flujo de salida de una velocidad tan extrema es lo suficientemente grande como para impactar en la formación estelar en toda la galaxia anfitriona», afirma Jinyi Yang, investigador postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

Y efectivamente tal y como dice Yang, influye. De hecho este es el primer ejemplo conocido de un cuásar que esculpe el crecimiento de su galaxia anfitriona. La consecuencia es que la galaxia está experimentando un brote de formación estelar produciendo nuevas estrellas a un ritmo 200 veces superior al de la Vía Láctea.

La combinación de una intensa formación estelar, un cuásar y un flujo de salida a alta velocidad hacen de J0313-1806 y de su galaxia anfitriona un interesante laboratorio natural. Ayudará a comprender tanto el crecimiento de los agujeros negros supermasivos como de sus galaxias en el universo temprano. El cuásar J0313-1806 será por lo tanto uno de los objetivos principales de las nuevas generaciones de telescopios.

Referencias

• Wang, F. et al (2021). A Luminous Quasar at Redshift 7.642. The AstroPhysical Jornal Letters, 907 L1. DOI: 10.3847/2041-8213/abd8c6 (Ver)(arXiv).
• «The Earliest Supermassive Black Hole and Quasar in the Universe». noirlab2102 – Science Release (2021) (Ver).
• «Telescopios en Chile contribuyen a descubrir el primer agujero negro supermasivo y cuásar del Universo». noirlab2102es – Comunicado científico (2021) (Ver).