Configuración básica de las observaciones de cuásar:la luz de un cuásar (derecha) es absorbida por el gas. La absorción es mucho menor en la zona de proximidad del quásar, que se muestra en verde para un quásar más antiguo, en amarillo para un quásar más joven. La extensión de la zona de proximidad se puede leer en el espectro (abajo). El quásar en sí es un agujero negro central, rodeado por un disco de materia arremolinada, y posiblemente enviando partículas en dos chorros fuertemente enfocados (recuadro, parte superior derecha). Crédito:A. C. Eilers y J. Neidel, MPIA
Los quásares son objetos luminosos con agujeros negros supermasivos en sus centros, visible sobre vastas distancias cósmicas. La materia que cae aumenta la masa del agujero negro y también es responsable del brillo de un quásar. Ahora, utilizando el W.M. Observatorio Keck en Hawái, Los astrónomos dirigidos por Christina Eilers han descubierto cuásares extremadamente jóvenes con una propiedad desconcertante:estos quásares tienen una masa de aproximadamente mil millones de soles, sin embargo, han estado recolectando materia por menos de 100, 000 años. La sabiduría convencional dice que los quásares de esa masa deberían haber necesitado atraer materia mil veces más que eso, un enigma cósmico. Los resultados han sido publicados en la edición del 2 de mayo de la Diario astrofísico .
Dentro del corazón de cada galaxia masiva se esconde un agujero negro supermasivo. Cómo se formaron estos agujeros negros, y cómo han llegado a ser tan masivos como millones o incluso miles de millones de soles, es una pregunta abierta. Al menos algunas fases de crecimiento vigoroso son muy visibles para los observadores astronómicos:siempre que haya cantidades sustanciales de gas arremolinándose en el agujero negro, La materia en las inmediaciones del agujero negro emite una gran cantidad de luz. El agujero negro se ha convertido intermitentemente en un quásar, uno de los objetos más luminosos del universo.
Ahora, Los investigadores del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) han descubierto tres cuásares que desafían la sabiduría convencional sobre el crecimiento de los agujeros negros. Estos cuásares son extremadamente masivos, pero no debería haber tenido tiempo suficiente para recolectar toda esa masa. El descubrimiento, que se basa en observaciones en el W.M. Observatorio Keck en Hawái, atisbos de la historia cósmica antigua:debido a su brillo extremo, Los cuásares se pueden observar a grandes distancias. Los astrónomos observaron cuásares cuya luz tardó casi 13 mil millones de años en llegar a la Tierra. En consecuencia, las observaciones muestran que estos cuásares no son como son hoy, pero como lo fueron hace casi 13 mil millones de años, menos de mil millones de años después del Big Bang.
Impresión artística de un cuásar:agujero negro (centro) rodeado por un disco de acreción caliente, con dos chorros de partículas extremadamente rápidas perpendicularmente al disco. Crédito:J. Neidel / MPIA
Los quásares en cuestión tienen aproximadamente mil millones de veces la masa del sol. Todas las teorías actuales sobre el crecimiento de los agujeros negros postulan que, para crecer tan masivo, los agujeros negros habrían necesitado recolectar la materia que cae, y brillan intensamente como cuásares, durante al menos cien millones de años. Pero estos tres cuásares demostraron haber estado activos durante un tiempo mucho más corto, menos de 100, 000 años. "Este es un resultado sorprendente, "explica Christina Eilers, estudiante de doctorado en MPIA y autor principal del presente estudio. "No entendemos cómo estos cuásares jóvenes pudieron haber desarrollado los agujeros negros supermasivos que los alimentan en tan poco tiempo".
Para determinar cuánto tiempo han estado activos estos quásares, Los astrónomos examinaron cómo los quásares habían influido en su entorno, en particular, examinaron calentado, "zonas de proximidad" en su mayoría transparentes alrededor de cada cuásar. "Simulando cómo la luz de los cuásares ioniza y calienta el gas a su alrededor, podemos predecir qué tan grande debe ser la zona de proximidad de cada cuásar, "explica Frederick Davies, investigador postdoctoral del MPIA, experto en la interacción entre luz de cuásar y gas intergaláctico. Una vez que el quásar ha sido "encendido" por la caída de materia, estas zonas de proximidad crecen muy rápidamente. "Dentro de una vida de 100, 000 años, los quásares ya deberían tener grandes zonas de proximidad ".
Asombrosamente, tres de los quásares tenían zonas de proximidad muy pequeñas, lo que indica que la fase de quásar activo no puede haberse establecido en más de 100, 000 años antes. "Ningún modelo teórico actual puede explicar la existencia de estos objetos, "dice el profesor Joseph Hennawi, quien lidera el grupo de investigación en MPIA que hizo el descubrimiento. "El descubrimiento de estos objetos jóvenes desafía las teorías existentes sobre la formación de agujeros negros y requerirá nuevos modelos para comprender mejor cómo se formaron los agujeros negros y las galaxias".
Los astrónomos ya han planeado sus próximos pasos. "Nos gustaría encontrar más de estos cuásares jóvenes, "dice Christina Eilers, "Si bien encontrar estos tres cuásares inusuales podría haber sido una casualidad, encontrar ejemplos adicionales implicaría que una fracción significativa de la población de cuásares conocida es mucho más joven de lo esperado ". Los científicos ya han solicitado tiempo de telescopio para observar varios candidatos adicionales. Los resultados, ellos esperan, restringirá nuevos modelos teóricos sobre la formación de los primeros agujeros negros supermasivos en el universo - y, por implicación, ayudar a los astrónomos a comprender la historia de los agujeros negros supermasivos gigantes en el centro de las galaxias actuales como nuestra propia Vía Láctea.
