Uno de los halos de gas recién observados con el instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO superpuesto a una imagen más antigua de una fusión de galaxias obtenida con ALMA. El halo a gran escala de gas hidrógeno se muestra en azul, mientras que los datos de ALMA se muestran en naranja. El halo está ligado a la galaxia que contiene un quásar en su centro. El débil, El gas hidrógeno brillante en el halo proporciona la fuente de alimento perfecta para el agujero negro supermasivo en el centro del cuásar. Los objetos en esta imagen están ubicados en el corrimiento al rojo 6.2, lo que significa que están siendo vistos como eran hace 12,8 mil millones de años. Mientras que los quásares son brillantes, los depósitos de gas que los rodean son mucho más difíciles de observar. Pero MUSE pudo detectar el tenue resplandor del gas hidrógeno en los halos, permitiendo a los astrónomos revelar finalmente los alijos de comida que alimentan a los agujeros negros supermasivos en el Universo temprano. Crédito:ESO / Farina et al .; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Decarli y col.
Los astrónomos que utilizan el Very Large Telescope de ESO han observado depósitos de gas frío alrededor de algunas de las primeras galaxias del Universo. Estos halos de gas son el alimento perfecto para los agujeros negros supermasivos en el centro de estas galaxias. que ahora se ven como eran hace más de 12.5 mil millones de años. Este almacenamiento de alimentos podría explicar cómo estos monstruos cósmicos crecieron tan rápido durante un período en la historia del Universo conocido como el Amanecer Cósmico.
"Ahora podemos demostrar, por primera vez, que las galaxias primordiales tienen suficiente alimento en su entorno para sostener tanto el crecimiento de agujeros negros supermasivos como la vigorosa formación de estrellas, "dice Emanuele Paolo Farina, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, quien dirigió la investigación publicada hoy en El diario astrofísico . "Esto agrega una pieza fundamental al rompecabezas que los astrónomos están construyendo para imaginar cómo se formaron las estructuras cósmicas hace más de 12 mil millones de años".
Los astrónomos se han preguntado cómo los agujeros negros supermasivos pudieron crecer tanto en una etapa tan temprana de la historia del Universo. "La presencia de estos primeros monstruos, con masas de varios miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, es un gran misterio, "dice Farina, quien también está afiliado al Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching bei München. Significa que los primeros agujeros negros, que podría haberse formado a partir del colapso de las primeras estrellas, debe haber crecido muy rápido. Pero, hasta ahora, los astrónomos no habían detectado "comida de los agujeros negros" (gas y polvo) en cantidades lo suficientemente grandes como para explicar este rápido crecimiento.
Para complicar aún más las cosas, observaciones previas con ALMA, el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, reveló una gran cantidad de polvo y gas en estas primeras galaxias que impulsaron la rápida formación de estrellas. Estas observaciones de ALMA sugirieron que podría quedar poco para alimentar un agujero negro.
Para resolver este misterio Farina y sus colegas utilizaron el instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO en el desierto de Atacama de Chile para estudiar los cuásares, objetos extremadamente brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de galaxias masivas. El estudio encuestó a 31 cuásares que se ven como eran hace más de 12.5 mil millones de años, en un momento en que el Universo aún era un bebé, sólo tiene unos 870 millones de años. Esta es una de las muestras más grandes de cuásares de este temprano en la historia del Universo que se estudiará.
Los astrónomos encontraron que 12 cuásares estaban rodeados por enormes depósitos de gas:halos de frío, denso gas hidrógeno que se extiende 100 000 años luz desde los agujeros negros centrales y con miles de millones de veces la masa del Sol. El equipo, de Alemania, los Estados Unidos, Italia y Chile, También encontró que estos halos de gas estaban estrechamente unidos a las galaxias, proporcionando la fuente de alimento perfecta para sostener tanto el crecimiento de agujeros negros supermasivos como la vigorosa formación de estrellas.
La investigación fue posible gracias a la magnífica sensibilidad de MUSE, el Explorador espectroscópico de unidades múltiples, en el VLT de ESO, lo que Farina dice que fue "un cambio de juego" en el estudio de los quásares. "En unas pocas horas por objetivo, pudimos adentrarnos en los alrededores de los agujeros negros más masivos y voraces presentes en el joven Universo, ", añade. Si bien los quásares son brillantes, los depósitos de gas que los rodean son mucho más difíciles de observar. Pero MUSE pudo detectar el tenue resplandor del gas hidrógeno en los halos, permitiendo a los astrónomos revelar finalmente los alijos de comida que alimentan a los agujeros negros supermasivos en el Universo temprano.
En el futuro, El Extremely Large Telescope de ESO ayudará a los científicos a revelar aún más detalles sobre las galaxias y los agujeros negros supermasivos en los primeros dos mil millones de años después del Big Bang. "Con el poder del ELT, podremos profundizar aún más en el Universo temprano para encontrar muchas más nebulosas de gas, "Farina concluye.
Esta investigación se presenta en un artículo que aparecerá en The Diario astrofísico .
