Casi todas las galaxias albergan un monstruo en su centro:un agujero negro supermasivo de millones a miles de millones de veces el tamaño del Sol. Si bien todavía hay mucho que aprender sobre estos objetos, muchos científicos creen que son cruciales para la formación y estructura de las galaxias. Y lo que es más, algunos de estos agujeros negros son particularmente activos, batiendo estrellas, polvo y gas en discos de acreción brillantes que emiten una poderosa radiación hacia el cosmos a medida que consumen materia a su alrededor. Estos cuásares son algunos de los objetos más distantes que los astrónomos pueden ver, y ahora hay un nuevo récord para el más lejano jamás observado.

Un equipo de científicos dirigido por el ex becario postdoctoral de la UC Santa Bárbara Feige Wang e incluyendo al profesor Joe Hennawi y al actual postdoctorado Riccardo Nanni, anunció el descubrimiento de J0313-1806, el cuásar más distante descubierto hasta la fecha. Visto como habría aparecido hace más de 13 mil millones de años, este cuásar distante completamente formado es también el más antiguo descubierto hasta ahora, proporcionando a los astrónomos información sobre la formación de galaxias masivas en el universo temprano. Los hallazgos del equipo se dieron a conocer en la reunión de enero de 2021 de la Sociedad Astronómica Estadounidense y se publicaron en Cartas de revistas astrofísicas .

Los quásares son los objetos más energéticos del universo. Ocurren cuando el gas en el disco de acreción sobrecalentado alrededor de un agujero negro supermasivo es atraído inexorablemente hacia adentro, derramando energía a través del espectro electromagnético. Esto libera enormes cantidades de radiación electromagnética, con los ejemplos más masivos fácilmente eclipsando galaxias enteras.

Quasar J0313-1806 se encuentra a 13 mil millones de años luz de distancia, y existió apenas 690 millones de años después del Big Bang. Está alimentado por el primer agujero negro supermasivo conocido, cuales, a pesar de su formación temprana, todavía pesa más de 1,6 mil millones de veces la masa del Sol. En efecto, J0313-1806 eclipsa a la Vía Láctea moderna por un factor de 1, 000.

"Los cuásares más distantes son cruciales para comprender cómo se formaron los primeros agujeros negros y para comprender la reionización cósmica, la última gran transición de fase de nuestro universo, "dijo el coautor Xiaohui Fan, profesor de astronomía en la Universidad de Arizona.

La presencia de un agujero negro tan masivo tan temprano en la historia del universo desafía las teorías de la formación de agujeros negros. Como autor principal Wang, ahora miembro del Hubble de la NASA en la Universidad de Arizona, explica:"Los agujeros negros creados por las primeras estrellas masivas no podrían haber crecido tanto en sólo unos pocos cientos de millones de años".

El equipo detectó por primera vez J0313-1806 después de analizar los datos de los estudios del cielo digital de grandes áreas. Un aspecto crucial para la caracterización del nuevo cuásar fue un espectro de alta calidad obtenido en el Observatorio W. M. Keck:"A través de los Observatorios de la Universidad de California, tenemos acceso privilegiado a los telescopios Keck en la cima del Mauna Kea, lo que nos permitió obtener datos de alta calidad sobre este objeto poco después de que se confirmara que era un cuásar en otros telescopios, "Dijo Hennawi.

Además de pesar el monstruoso agujero negro, Las observaciones del Observatorio Keck descubrieron un flujo de salida excepcionalmente rápido que emana del cuásar en forma de un viento de alta velocidad que viaja al 20% de la velocidad de la luz. "La energía liberada por un flujo de salida de alta velocidad tan extrema es lo suficientemente grande como para impactar la formación de estrellas en toda la galaxia anfitriona del cuásar, "dijo Jinyi Yang, del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

La primera galaxia que alberga el quásar está experimentando una oleada de formación estelar, produciendo nuevas estrellas 200 veces más rápido que la Vía Láctea actual. El sistema es el ejemplo más antiguo conocido de un cuásar que esculpe el crecimiento de su galaxia anfitriona. La combinación de esta intensa formación estelar, el quásar luminoso y el flujo de salida de alta velocidad hacen de J0313-1806 y su galaxia anfitriona un laboratorio natural prometedor para comprender el crecimiento de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas en el universo temprano.

"Este sería un gran objetivo para investigar la formación de los primeros agujeros negros supermasivos, ", concluyó Wang." También esperamos aprender más sobre el efecto de las salidas de cuásares en su galaxia anfitriona, así como aprender cómo se formaron las galaxias más masivas en el universo temprano ".

Encontrar estos cuásares distantes requiere un trabajo increíblemente minucioso, ya que son como agujas en un pajar. Los astrónomos extraen imágenes digitales de miles de millones de objetos celestes para encontrar candidatos de cuásares prometedores. "La tasa de éxito actual para encontrar estos objetos es de alrededor del 1%. Tienes que besar muchas ranas antes de encontrar a tu príncipe, "comentó Hennawi.

Hennawi, Wang y Nanni están desarrollando herramientas de aprendizaje automático para analizar estos grandes datos y hacer que el proceso de búsqueda de cuásares distantes sea más eficiente. "En los próximos años, el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA nos permitirán encontrar quizás un centenar de cuásares a esta distancia, o más lejos, "Dijo Hennawi." Con una gran muestra estadística de estos objetos seremos capaces de construir una línea de tiempo precisa de la época de reionización, así como arrojar más luz sobre cómo se formaron estos enormes agujeros negros ".