Es un hecho bien conocido entre los astrónomos y cosmólogos que cuanto más lejos en el Universo miras, más atrás en el tiempo estás viendo. Y cuanto más cerca puedan ver los astrónomos del Big Bang, que tuvo lugar hace 13.800 millones de años, más interesantes serán los descubrimientos. Son estos hallazgos los que nos enseñan más sobre los primeros períodos del Universo y su posterior evolución.
Por ejemplo, los científicos que utilizan el Explorador de reconocimiento de infrarrojos de campo amplio (WISE) y los Telescopios de Magallanes observaron recientemente el primer agujero negro supermasivo (SMBH) hasta la fecha. Según el estudio del equipo de descubrimiento, este agujero negro tiene aproximadamente 800 millones de veces la masa de nuestro Sol y se encuentra a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra. Esto lo convierte en el SMBH más distante y más joven observado hasta la fecha.
El estudio, titulado "Un agujero negro de 800 millones de masas solares en un universo significativamente neutral con un desplazamiento al rojo de 7.5", apareció recientemente en la revista Naturaleza. Dirigido por Eduardo Bañados, investigador de la Carnegie Institution for Science, el equipo incluyó miembros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, el Instituto Max Planck de Astronomía, el Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica, el Observatorio Las Cumbres y varias universidades.
Al igual que con otros SMBH, este descubrimiento particular (designado J1342 + 0928) es un cuásar, una clase de objetos súper brillantes que consisten en un agujero negro que acumula materia en el centro de una galaxia masiva. El objeto fue descubierto durante el curso de un estudio de objetos distantes, que combinó datos infrarrojos de la misión WISE con estudios en tierra. Luego, el equipo siguió con datos de los telescopios Magellan del Observatorio Carnegie en Chile.
Como con todos los objetos cosmológicos distantes, la distancia de J1342 + 0928 se determinó midiendo su desplazamiento al rojo. Al medir cuánto se estira la longitud de onda de la luz de un objeto por la expansión del Universo antes de que llegue a la Tierra, los astrónomos pueden determinar qué tan lejos tuvo que viajar para llegar aquí. En este caso, el cuásar tuvo un desplazamiento al rojo de 7.54, lo que significa que le tomó más de 13 mil millones de años para que su luz nos alcanzara.
Como Xiaohui Fan del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona (y coautor del estudio) explicó en un comunicado de prensa de Carnegie:
“Esta gran distancia hace que tales objetos sean extremadamente débiles cuando se ven desde la Tierra. Los primeros cuásares también son muy raros en el cielo. Solo se sabía que existía un quásar en un desplazamiento al rojo mayor que siete antes, a pesar de una búsqueda exhaustiva ”.
Dada su edad y masa, el descubrimiento de este cuásar fue una gran sorpresa para el equipo de estudio. Como Daniel Stern, astrofísico del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y coautor del estudio, indicó en un comunicado de prensa de la NASA: "Este agujero negro se hizo mucho más grande de lo que esperábamos en solo 690 millones de años después del Big Bang, lo que desafía nuestro teorías sobre cómo se forman los agujeros negros ".
Esencialmente, este cuásar existió en un momento en que el Universo apenas comenzaba a emerger de lo que los cosmólogos llaman la "Edad Oscura". Durante este período, que comenzó aproximadamente 380,000 años a 150 millones de años después del Big Bang, la mayoría de los fotones en el Universo estaban interactuando con electrones y protones. Como resultado, la radiación de este período es indetectable por nuestros instrumentos actuales, de ahí su nombre.
El Universo permaneció en este estado, sin ninguna fuente luminosa, hasta que la gravedad condensó la materia en las primeras estrellas y galaxias. Este período se conoce como la "Época de Reinoización", que duró de 150 millones a mil millones de años después del Big Bang y se caracterizó por la formación de las primeras estrellas, galaxias y cuásares. Se llama así porque la energía liberada por estas galaxias antiguas causó que el hidrógeno neutro del Universo se excitara e ionizara.
Una vez que el universo se volvió a encender, los fotones podían viajar libremente por todo el espacio y el universo oficialmente se volvió transparente a la luz. Esto es lo que hace que el descubrimiento de este cuásar sea tan interesante. Como observó el equipo, gran parte del hidrógeno que lo rodea es neutral, lo que significa que no solo es el quásar más distante jamás observado, sino también el único ejemplo de un cuásar que existía antes de que el Universo se reionizara.
En otras palabras, J1342 + 0928 existió durante un importante período de transición para el Universo, que resulta ser una de las fronteras actuales de la astrofísica. Como si esto no fuera suficiente, el equipo también se vio confundido por la masa del objeto. Para que un agujero negro se haya vuelto tan masivo durante este período temprano del Universo, tendría que haber condiciones especiales para permitir un crecimiento tan rápido.
Cuáles son estas condiciones, sin embargo, sigue siendo un misterio. Cualquiera que sea el caso, este SMBH recientemente encontrado parece estar consumiendo materia en el centro de una galaxia a una velocidad asombrosa. Y aunque su descubrimiento ha suscitado muchas preguntas, se anticipa que el despliegue de futuros telescopios revelará más sobre este quásar y su período cosmológico. Como dijo Stern:
"Con la construcción de varias instalaciones de próxima generación, aún más sensibles, podemos esperar muchos descubrimientos emocionantes en el universo muy temprano en los próximos años".
Estas misiones de próxima generación incluyen la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio de reconocimiento de infrarrojos de campo amplio (WFIRST) de la NASA. Mientras que Euclides estudiará objetos ubicados hace 10 mil millones de años en el pasado para medir cómo la energía oscura influyó en la evolución cósmica, WFIRST realizará estudios de infrarrojo cercano de campo amplio para medir la luz proveniente de mil millones de galaxias.
Se espera que ambas misiones revelen más objetos como J1342 + 0928. En la actualidad, los científicos predicen que solo hay entre 20 y 100 cuásares tan brillantes y distantes como J1342 + 0928 en el cielo. Como tal, estaban muy satisfechos con este descubrimiento, que se espera que nos brinde información fundamental sobre el Universo cuando solo tenía el 5% de su edad actual.
