Los científicos han utilizado las diminutas distorsiones impresas en el fondo cósmico de microondas por la gravedad de la materia en todo el universo. grabado por el satélite Planck de la ESA, para descubrir la conexión entre la luminosidad de los quásares (los núcleos brillantes de las galaxias activas) y la masa de los 'halos' mucho más grandes de materia oscura en los que se asientan. El resultado es una confirmación importante para nuestra comprensión de cómo evolucionan las galaxias a lo largo de la historia cósmica.

Se sabe que la mayoría de las galaxias del universo albergan agujeros negros supermasivos, con masas de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, en sus núcleos. La mayoría de estos monstruos cósmicos están 'dormidos', con poca o ninguna actividad cerca de ellos, pero alrededor del uno por ciento se clasifica como 'activo', acumulando materia de su entorno a ritmos muy intensos. Este proceso de acreción hace que el material en las cercanías del agujero negro brille intensamente a través del espectro electromagnético. haciendo estas galaxias activas, o quásares, algunas de las fuentes más brillantes del cosmos.

Si bien aún no está claro qué activa estos agujeros negros, encender y apagar su fase de intensa acreción, es probable que los cuásares jueguen un papel importante en la regulación de la evolución de las galaxias a lo largo de la historia cósmica. Por esta razón, es fundamental comprender la relación entre cuásares, sus galaxias anfitrionas, y su entorno en escalas aún mayores.

En un estudio reciente dirigido por James Geach de la Universidad de Hertfordshire, REINO UNIDO, Los científicos han combinado datos de la misión Planck de la ESA con el mayor estudio de cuásares disponible hasta la fecha para arrojar luz sobre este fascinante tema.

Según el escenario principal de formación de estructuras en el universo, las galaxias toman forma a partir de la materia ordinaria en los nudos más densos de la red cósmica:una red filamentaria, compuesto principalmente por la materia oscura invisible, que impregna el cosmos. Sucesivamente, la compleja distribución de la materia ordinaria y oscura se origina a partir de pequeñas fluctuaciones en el universo primordial, que dejan una huella en el fondo cósmico de microondas (CMB), la luz más antigua de la historia del universo.

El satélite Planck ha estado escaneando el cielo entre 2009 y 2013 para crear el mapa de todo el cielo más preciso del CMB. Permitir a los científicos refinar nuestro conocimiento de la época, expansión, historia, y contenidos del universo a niveles de precisión sin precedentes.

Y hay más:como predice la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, los objetos masivos doblan el tejido del espacio-tiempo a su alrededor, distorsionando el camino de todo, incluso la luz, que pasa cerca. Este fenómeno, conocido como lente gravitacional, afecta también las medidas de Planck del CMB, que llevan una huella de la distribución de materia a gran escala que encontró la luz cósmica más antigua en su camino hacia el satélite.

"Sabemos que las galaxias se forman y evolucionan dentro de un 'andamiaje' invisible de materia oscura que no podemos observar directamente, pero podemos aprovechar las distorsiones de las lentes gravitacionales impresas en el fondo cósmico de microondas para aprender sobre las estructuras de materia oscura alrededor de las galaxias, "dice James Geach.

Las distorsiones de la lente gravitacional del CMB son pequeñas, reorganizando la imagen del cielo del CMB en escalas de aproximadamente 10 minutos de arco, equivalente a solo un tercio del diámetro de la Luna llena. Pero se pueden combinar muchas desviaciones diminutas de todo el cielo, con la ayuda de métodos estadísticos, para obtener una señal más fuerte, acumulando los datos recopilados en torno a muchos quásares.

En su investigación, Geach y sus colegas analizaron el último mapa de lentes gravitacionales obtenido por el equipo de Planck, hecho público como parte de Planck Legacy Release en 2018, en combinación con 200000 cuásares extraídos de la muestra más grande jamás recopilada, los más de medio millón de cuásares que componen el Data Release 14 del catálogo de cuásares de Sloan Digital Sky Survey.

"Al combinar los datos de Planck con una muestra tan grande de cuásares, Podríamos medir la masa de los halos de materia oscura en los que están incrustadas las galaxias anfitrionas del cuásar, e investigue cómo varía esto para los cuásares de diferente luminosidad, "dice Geach.

El análisis sugiere que cuanto más luminoso es un quásar, cuanto más masivo es su halo de materia oscura.

"Esta es una evidencia convincente de que existe una correlación entre la luminosidad de un cuásar, energía que se libera en las inmediaciones de un agujero negro supermasivo, una región que se extiende quizás unos pocos días luz, y la masa del halo circundante de materia oscura y el entorno circundante, que se extiende por decenas de millones de años luz alrededor del cuásar, "Explica Geach.

"Estamos usando el fondo cósmico de microondas como una especie de 'luz de fondo' para el universo. Esa luz de fondo ha sido reflejada gravitacionalmente por materia en primer plano, y así, al correlacionar las galaxias con el mapa de lentes de Planck, tenemos una nueva forma de estudiar las galaxias y su evolución ".

El hallazgo apoya modelos teóricos de formación de cuásares, que predicen una correlación entre la luminosidad del cuásar y la masa del halo, en particular para los cuásares más luminosos, donde los agujeros negros están acumulando materia a una velocidad cercana a la tasa máxima.

El estudio se centró en cuásares distantes que se observan como estaban cuando el universo tenía unos cuatro mil millones de años, aproximadamente un tercio de su edad actual de casi 14 mil millones de años. Esto está cerca de la era máxima del crecimiento de agujeros negros supermasivos. En combinación con estudios de cuásares más profundos en el futuro, los datos de Planck podrían permitir a los científicos llevar estas investigaciones a épocas incluso anteriores de la historia cósmica, hasta la época en que se formaron los primeros quásares.

"Este resultado muestra el poder de las mediciones de lentes gravitacionales de Planck, que nos permiten medir las estructuras invisibles de la materia oscura en las que se forman y evolucionan las galaxias, "dice Jan Tauber, Científico del proyecto Planck en la ESA.

"El legado de Planck es bastante asombroso, con datos que se utilizan para una gama mucho más amplia de aplicaciones científicas de lo que se concibió originalmente ".

"La masa de halo de cuásares ópticamente luminosos en z ~ 1–2 medida a través de la desviación gravitacional del fondo cósmico de microondas" por J. E. Geach et al. se publica en El diario astrofísico , Volumen 874, Numero 1.