Los astrónomos han descubierto el cuásar más masivo conocido en el universo temprano, que contiene un agujero negro monstruoso con una masa equivalente a 1.500 millones de soles. Designado formalmente como J1007 + 2115, el cuásar recién descubierto es uno de los dos únicos conocidos del mismo período cosmológico. Los quásares son los objetos más energéticos del universo, y desde su descubrimiento, los astrónomos han querido determinar cuándo aparecieron por primera vez en nuestra historia cósmica.

En honor a su descubrimiento a través de telescopios en Maunakea, una montaña venerada en la cultura hawaiana, el quásar recibió el nombre hawaiano Pōniuāʻena, que significa "fuente giratoria invisible de la creación, rodeado de brillantez. "Es el primer quásar en recibir un nombre indígena, que fue creado por 30 maestros de escuela de inmersión hawaiana durante un taller dirigido por el grupo A Hua He Inoa, un programa de nombres hawaiano dirigido por el 'Centro de Astronomía Imiloa de Hawai'i.

Según la teoría actual, Los quásares funcionan con agujeros negros supermasivos. A medida que los agujeros negros devoran la materia circundante, como el polvo, gas o incluso estrellas enteras, emiten enormes cantidades de energía, resultando en luminosidades que se sabe que eclipsan a galaxias enteras.

El agujero negro supermasivo que alimenta a Pōniuāʻena hace que este cuásar sea el más distante, y por lo tanto más temprano, objeto conocido en el universo por albergar un agujero negro de más de mil millones de masas solares. Según un nuevo estudio que documenta el descubrimiento del quásar, la luz de Pōniuāʻena tardó 13.02 mil millones de años en llegar a la Tierra, comenzando su viaje solo 700 millones de años después del Big Bang.

"Es el primer monstruo de este tipo que conocemos, "dijo Jinyi Yang, investigador asociado postdoctoral en el Steward Observatory de la Universidad de Arizona y autor principal del estudio, que se publicará en The Cartas de revistas astrofísicas . "El tiempo era demasiado corto para que pasara de un pequeño agujero negro al enorme tamaño que vemos".

La cuestión de cómo podría materializarse un agujero negro tan masivo cuando el universo aún estaba en su infancia ha molestado a los astrónomos y cosmólogos durante mucho tiempo. dijo el coautor Xiaohui Fan, Profesor de los Regentes y jefe asociado del Departamento de Astronomía de Arizona.

"Este descubrimiento presenta el mayor desafío hasta ahora para la teoría de la formación y el crecimiento de los agujeros negros en el universo temprano, "Dijo Fan.

La idea de que un agujero negro de proporciones de Pōniuāʻenas podría haber evolucionado a partir de un agujero negro mucho más pequeño formado por el colapso de una sola estrella en tan poco tiempo desde el Big Bang es casi imposible, según los modelos cosmológicos actuales.

En lugar de, los autores del estudio sugieren que el quásar debería haber comenzado como un agujero negro "semilla" que ya contiene la masa equivalente de 10, 000 soles tan pronto como 100 millones de años después del Big Bang.

Una mirada retrospectiva a un universo joven

Pōniuāʻena se descubrió mediante una búsqueda sistemática de los cuásares más distantes. Comenzó con el equipo de investigación revisando encuestas de áreas grandes como la encuesta de imágenes DECaLS, que utiliza la Cámara de Energía Oscura del Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros ubicado en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, y la encuesta de imágenes UHS, que utiliza la cámara de campo amplio en el telescopio infrarrojo del Reino Unido, ubicado en Maunakea.

El equipo descubrió un posible quásar en los datos y, en 2019, lo observó con telescopios, incluido el telescopio Gemini North y el Observatorio W. M. Keck, ambos en Maunakea. El telescopio Magallanes del Observatorio Las Campanas en Chile confirmó la existencia de Pōniuāʻena.

"Las observaciones con Géminis fueron fundamentales para obtener los espectros del infrarrojo cercano de alta calidad que nos proporcionaron la medición de la asombrosa masa del agujero negro, "dijo el coautor Feige Wang, becario del Hubble de la NASA en el Observatorio Steward.

El descubrimiento de un cuásar desde los albores del cosmos proporciona a los investigadores un vistazo poco común a una época en la que el universo aún era joven y muy diferente de lo que vemos hoy. dijeron los investigadores.

La teoría actual sugiere que al comienzo del universo, siguiendo el Big Bang, los átomos estaban demasiado distantes entre sí para interactuar y formar estrellas y galaxias. El nacimiento de estrellas y galaxias como las conocemos ocurrió durante la Época de la Reionización, unos 400 millones de años después del Big Bang.

"Después del Big Bang, el universo estaba muy frio, porque todavía no había estrellas; sin luz, ", Dijo Fan." Se necesitaron entre 300 y 400 millones de años para que aparecieran las primeras estrellas y galaxias, y comenzaron a calentar el universo ".

Bajo la influencia de la calefacción, Las moléculas de hidrógeno fueron despojadas de electrones en un proceso conocido como ionización. Este proceso duró sólo unos pocos cientos de millones de años, un abrir y cerrar de ojos en la vida del universo, y es objeto de investigación en curso.

El descubrimiento de quásares como Pōniuāʻena, en lo profundo de la época de la reionización, es un gran paso hacia la comprensión del proceso de reionización y la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y galaxias masivas. Pōniuāʻena ha impuesto nuevas e importantes restricciones a la evolución de la materia entre galaxias, conocido como el medio intergaláctico, durante la época de la reionización.

"Parece que este cuásar se detectó justo en el punto medio de ese período, "Fan dijo, "y el hecho de que podamos observar estos objetos nos ayuda a refinar lo que sucedió durante ese período".

En 2018, el equipo de investigación anunció el descubrimiento del cuásar más distante encontrado hasta la fecha. Designado como J1342 + 0928, ese objeto es 2 millones de años más antiguo que Pōniuāʻena, una diferencia bastante insignificante para los estándares cósmicos, según Fan, que estuvo involucrado en ambos descubrimientos, que se realizaron utilizando el Observatorio Internacional Géminis y el Observatorio Interamericano Cerro Tololo, ambos programas del Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias.

"La diferencia de 2 millones de años luz de 13 mil millones hace que eso esté bastante cerca de un empate, "Dijo Fan.