Los astrónomos han descubierto el quásar parpadeante más antiguo conocido, cuya luz ha viajado más de 13 mil millones de años para llegar hasta nosotros.
Puede ayudar a revelar cómo algunos de los agujeros negros más grandes del Universo se volvieron tan inesperadamente monstruosos en una etapa tan temprana de la historia cósmica.
Sorprendentemente, este antiguo quásar, designado J0439+1634, parece tener un disco de acreción de materia en forma de panqueque arremolinándose en sus gigantescas fauces, lo que sugiere que está misteriosamente maduro para su edad.
“Esto proporciona evidencia directa de que los mismos procesos y estructuras de alimentación observados en el Universo cercano ya existían en tiempos muy tempranos, a pesar de entornos cósmicos muy diferentes”, dice Anna-Christina Eilers, astrofísica observacional del MIT.
“Lo que nunca antes se había visto”.
Los cuásares son brillantes núcleos galácticos activos, impulsados por la alimentación de agujeros negros supermasivos (SMBH).
Entre los objetos más brillantes y energéticos del cosmos, los quásares brillan con un brillo que eclipsa a galaxias enteras que contienen billones de soles.
Se sabe que los quásares cercanos parpadean a medida que el material cae de manera desigual en sus agujeros negros centrales.
“El parpadeo se debe a las fluctuaciones en la forma en que el gas ingresa al agujero negro”, explica el astrónomo del MIT Gene Leung.
“Y la forma en que parpadea un quásar nos dice algo sobre la estructura del disco de acreción de un agujero negro y el tipo de ‘mordiscos’ que come el agujero negro”.
Pero detectar ese parpadeo en el Universo temprano es extremadamente difícil.
En su nuevo estudio, un equipo internacional de astrónomos dirigido por el MIT describió el objeto más antiguo de este tipo.
Los investigadores observaron este cuásar “parpadeando” hacia nosotros a través de una enorme franja de espacio-tiempo, tal como aparecía cuando el Universo tenía sólo 850 millones de años, durante un período de formación estelar desenfrenada llamado amanecer cósmico.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>“Aunque se han encontrado muchos quásares en el amanecer cósmico, esta es la primera vez que vemos uno parpadear”, dice Leung.
Encontrar y caracterizar este parpadeo, desde el “lado opuesto” del cosmos, presentó un desafío increíble.
A medida que el Universo se expande, estira la luz que llega a nuestros telescopios hacia longitudes de onda más largas y rojas, mediante un proceso conocido como corrimiento al rojo.
Es posible que experimente un efecto similar cuando el tono de la sirena de una ambulancia que se acerca parece más alto y luego desciende a medida que el sonido se aleja de usted.
Y dado que el espacio y el tiempo están indisolublemente ligados, el estiramiento del tejido cósmico también afecta al tiempo.
Desde una posición ventajosa a miles de millones de años luz de distancia en la Tierra, un parpadeo que ocurre durante semanas puede parecer que dura meses.
Para detectar la señal, los astrónomos utilizaron datos de múltiples longitudes de onda de observatorios terrestres y espaciales, incluido el Estudio Infrarrojo de Campo Amplio de Objetos Cercanos a la Tierra (NEOWISE) de la NASA, que produjo un lapso de tiempo de todo el cielo nocturno en infrarrojo de 2010 a 2024.
“Vimos que el quásar parpadeaba aleatoriamente durante un período de 14 años, de forma muy parecida a como parpadea la llama de una vela sin un patrón fijo”, explica Leung.
Al rastrear su flujo a través de múltiples longitudes de onda, incluidos infrarrojos y rayos X, los astrónomos estiman que este antiguo cuásar tiene una masa superior a 600 millones de soles.
Nuestro SMBH local, Sagitario A*, que reside en el corazón de la Vía Láctea, es relativamente liviano con alrededor de 4 millones de masas solares.
J0439+1634 también es increíblemente brillante, brillando con el brillo de 12 billones de soles.
El seguimiento de su flujo para revelar la temperatura y la proximidad del material que cae en su agujero negro también permitió a los astrónomos mapear su disco de acreción.
Curiosamente, descubrieron que era plano y relativamente ordenado, aunque se cree que los primeros SMBH tenían discos inmaduros y caóticamente “hinchados” que aún no se habían asentado.
En consecuencia, los cuásares del Universo cercano tienen coronas y discos de acreción más pequeños y ordenados porque son más maduros.
“Creo que lo que esto sugiere es que todas las fases de crecimiento confusas y muy rápidas que esperamos que pasen todos los agujeros negros en algún momento ocurren muy, muy temprano, antes de que los veamos como estos cuásares luminosos muy brillantes”, dice Eilers.
Este trabajo también ofrece nuevos métodos para medir la masa de algunos de los quásares más antiguos y limitar el tamaño de las semillas de los agujeros negros necesarias para formar SMBH con miles de millones de masas solares cuando el Universo tenía sólo alrededor del 10 por ciento de su edad actual.
Los investigadores ahora esperan descubrir quásares incluso más antiguos para estudiar mejor su crecimiento y su influencia en la evolución galáctica.
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Afortunadamente, este estudio sienta las bases para el trabajo terrestre (y espacial) para detectarlos con instalaciones de próxima generación, incluido el recientemente inaugurado Observatorio Vera C. Rubin en Chile y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, cuyo lanzamiento está previsto para agosto.
El futuro de la investigación de los cuásares en el amanecer cósmico parece literal y figurativamente brillante, incluso si la luz estudiada comenzó su viaje hace más de 13 mil millones de años.
Esta investigación fue publicada en Nature Astronomy.