Astrónomos de Japón, Taiwán y la Universidad de Princeton han descubierto 83 cuásares alimentados por agujeros negros supermasivos que se formaron cuando el universo tenía solo el 5 por ciento de su edad actual. Aquí, vea la impresión de un artista de un quásar. Un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro, y la energía gravitacional del material que se acumula sobre él se libera en forma de luz. Crédito:Yoshiki Matsuoka
Astrónomos de Japón, Taiwán y la Universidad de Princeton han descubierto 83 cuásares alimentados por agujeros negros supermasivos en el universo distante. de una época en la que el universo tenía menos del 10 por ciento de su edad actual.
"Es notable que objetos tan densos y masivos hayan podido formarse tan pronto después del Big Bang, "dijo Michael Strauss, profesor de ciencias astrofísicas en la Universidad de Princeton que es uno de los coautores del estudio. "Comprender cómo se pueden formar los agujeros negros en el universo temprano, y cuán comunes son es un desafío para nuestros modelos cosmológicos ".
Este hallazgo aumenta considerablemente el número de agujeros negros conocidos en esa época, y revela, por primera vez, cuán comunes son al principio de la historia del universo. Además, proporciona nueva información sobre el efecto de los agujeros negros en el estado físico del gas en el universo temprano en sus primeros mil millones de años. La investigación aparece en una serie de cinco artículos publicados en El diario astrofísico y el Publicaciones del Observatorio Astronómico de Japón .
Agujeros negros supermasivos encontrado en los centros de las galaxias, puede ser millones o incluso miles de millones de veces más masivo que el sol. Si bien prevalecen hoy en día, no está claro cuándo se formaron por primera vez, y cuántos existían en el distante universo temprano. Un agujero negro supermasivo se vuelve visible cuando el gas se acumula en él, haciendo que brille como un "quásar". Los estudios anteriores han sido sensibles solo a los muy raros, cuásares más luminosos, y por tanto los agujeros negros más masivos. Los nuevos descubrimientos sondean la población de cuásares más débiles, impulsado por agujeros negros con masas comparables a la mayoría de los agujeros negros que se ven en el universo actual.
Si la historia del universo desde el Big Bang hasta el presente se presentara en un campo de fútbol, La Tierra y nuestro sistema solar no aparecerían hasta nuestra propia línea de 33 yardas. La vida apareció justo dentro de la línea de 28 yardas y los dinosaurios se extinguieron a medio camino entre la línea de 1 yarda y la meta. Toda la historia humana, desde que los homínidos salieron por primera vez de los árboles, tiene lugar a una pulgada de la línea de gol. En esta línea de tiempo, los 83 agujeros negros supermasivos descubiertos por el astrofísico de Princeton Michael Strauss y su equipo internacional de colegas aparecerían de nuevo en la línea de la yarda 6 del universo, muy poco después del propio Big Bang. Crédito:Kyle McKernan, Oficina de Comunicaciones de la Universidad de Princeton
El equipo de investigación utilizó datos tomados con un instrumento de última generación, "Hyper Suprime-Cam" (HSC), montado en el telescopio Subaru del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, que se encuentra en la cima de Maunakea en Hawaii. HSC tiene un campo de visión gigantesco:1,77 grados de ancho, o siete veces el área de la luna llena, montado en uno de los telescopios más grandes del mundo. El equipo de HSC está inspeccionando el cielo en el transcurso de 300 noches de telescopio, repartidos en cinco años.
El equipo seleccionó candidatos de cuásares distantes a partir de los datos confidenciales de la encuesta de HSC. Luego llevaron a cabo una intensa campaña de observación para obtener espectros de esos candidatos, utilizando tres telescopios:el telescopio Subaru; el Gran Telescopio Canarias en la isla de La Palma en Canarias, España; y el Telescopio Gemini Sur en Chile. La encuesta ha revelado 83 cuásares muy distantes previamente desconocidos. Junto con 17 cuásares ya conocidos en la región de la encuesta, los investigadores encontraron que hay aproximadamente un agujero negro supermasivo por cada giga-año luz cúbico; en otras palabras, si dividieras el universo en cubos imaginarios de mil millones de años luz de lado, cada uno tendría un agujero negro supermasivo.
La muestra de cuásares en este estudio está a unos 13 mil millones de años luz de la Tierra; en otras palabras, los estamos viendo como existían hace 13 mil millones de años. Cuando el Big Bang tuvo lugar hace 13.800 millones de años, efectivamente estamos mirando atrás en el tiempo, viendo estos cuásares y agujeros negros supermasivos tal como aparecieron solo unos 800 millones de años después de la creación del universo (conocido).
Es ampliamente aceptado que el hidrógeno en el universo alguna vez fue neutral, pero fue "reionizado" - dividido en sus componentes protones y electrones - alrededor de la época en que la primera generación de estrellas, nacieron galaxias y agujeros negros supermasivos, en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang. Este es un hito de la historia cósmica, pero los astrónomos aún no saben qué proporcionó la increíble cantidad de energía necesaria para provocar la reionización. Una hipótesis convincente sugiere que había muchos más quásares en el universo temprano que los detectados anteriormente, y es su radiación integrada la que reionizó el universo.
Astrónomos de Japón, Taiwán y la Universidad de Princeton han descubierto 83 cuásares alimentados por agujeros negros supermasivos en el universo distante. de una época en la que el universo tenía menos del 10 por ciento de su edad actual. En esta fotografía tomada por la cámara Hyper-Suprime en el telescopio Subaru en Maunakea, la luz brilla desde uno de los cuásares más distantes conocidos, impulsado por un agujero negro supermasivo que se encuentra a 13,05 mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Los otros objetos en el campo son en su mayoría estrellas en nuestra Vía Láctea o galaxias a lo largo de la línea de visión. Crédito:Observatorio Astronómico Nacional de Japón
"Sin embargo, el número de cuásares que observamos muestra que este no es el caso, "explicó Robert Lupton, un doctorado en 1985 en Princeton. ex alumno que es un científico investigador senior en ciencias astrofísicas. "La cantidad de cuásares observados es significativamente menor de la necesaria para explicar la reionización". Por lo tanto, la reionización fue causada por otra fuente de energía, muy probablemente numerosas galaxias que comenzaron a formarse en el joven universo.
El presente estudio fue posible gracias a la capacidad de encuesta líder mundial de Subaru y HSC. "Los cuásares que descubrimos serán un tema interesante para futuras observaciones de seguimiento con las instalaciones actuales y futuras, "dijo Yoshiki Matsuoka, un ex investigador postdoctoral de Princeton ahora en la Universidad de Ehime en Japón, quien dirigió el estudio. "También aprenderemos sobre la formación y la evolución temprana de los agujeros negros supermasivos, comparando la densidad numérica medida y la distribución de luminosidad con predicciones de modelos teóricos ".
Sobre la base de los resultados obtenidos hasta ahora, El equipo espera encontrar agujeros negros aún más distantes y descubrir cuándo apareció el primer agujero negro supermasivo en el universo.
