Esta es una imagen del Telescopio Espacial Hubble de un cuásar muy distante (a la derecha) que ha sido iluminado y dividido en tres imágenes por los efectos del campo gravitacional de una galaxia en primer plano (izquierda). Las cruces marcan los centros de cada imagen de cuásar. El quásar habría pasado desapercibido si no fuera por el poder de las lentes gravitacionales, que aumentó su brillo en un factor de 50. El campo gravitacional de la galaxia en primer plano (visto a la izquierda) deforma el espacio como un espejo de la casa de la diversión, amplificando la luz del quásar. Brillando con el brillo de 600 billones de soles, el quásar es alimentado por un agujero negro supermasivo en el corazón de una joven galaxia en proceso de formación. La imagen muestra el quásar como se veía hace 12.8 mil millones de años, solo alrededor de mil millones de años después del Big Bang. El quásar aparece rojo porque su luz azul ha sido absorbida por gas difuso en el espacio intergaláctico. En comparación, la galaxia en primer plano tiene una luz estelar más azul. El quásar catalogado como J043947.08 + 163415.7 (J0439 + 1634 para abreviar), podría tener el récord de ser el más brillante en el universo temprano durante algún tiempo, convirtiéndolo en un objeto único para estudios de seguimiento. Crédito:NASA, ESA, Xiaohui Fan (Universidad de Arizona)
Las observaciones del Observatorio Gemini identifican una huella digital clave de un cuásar extremadamente distante, permitiendo a los astrónomos tomar muestras de la luz emitida desde los albores de los tiempos. Los astrónomos encontraron este profundo vistazo al espacio y al tiempo gracias a una galaxia en primer plano sin complicaciones que actúa como una lente gravitacional. que magnificó la luz antigua del quásar. Las observaciones de Géminis proporcionan piezas críticas del rompecabezas al confirmar este objeto como el cuásar de apariencia más brillante tan temprano en la historia del Universo, generando esperanzas de que se encuentren más fuentes como esta.
Antes de que el cosmos alcanzara su milmillonésimo cumpleaños, parte de la primera luz cósmica inició un largo viaje a través del Universo en expansión. Un rayo de luz en particular, de una fuente energética llamada cuásar, pasó por casualidad cerca de una galaxia intermedia, cuya gravedad doblaba y magnificaba la luz del quásar y la reenfocaba en nuestra dirección, permitiendo que telescopios como Gemini North sondeen el quásar con gran detalle.
"Si no fuera por este telescopio cósmico improvisado, la luz del quásar parecería unas 50 veces más tenue, ", dijo Xiaohui Fan de la Universidad de Arizona, quien dirigió el estudio." Este descubrimiento demuestra que existen cuásares con lentes fuertemente gravitacionales a pesar del hecho de que hemos estado buscando durante más de 20 años y no hemos encontrado otros tan atrás en el tiempo ".
Las observaciones de Géminis proporcionaron piezas clave del rompecabezas al llenar un vacío crítico en los datos. El telescopio Gemini North en Maunakea, Hawai, utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Gemini (GNIRS) para diseccionar una franja significativa de la parte infrarroja del espectro de la luz. Los datos de Géminis contenían la firma reveladora del magnesio, que es fundamental para determinar qué tan atrás en el tiempo estamos mirando. Las observaciones de Gemini también llevaron a una determinación de la masa del agujero negro que alimenta el cuásar. "Cuando combinamos los datos de Géminis con observaciones de múltiples observatorios en Maunakea, el telescopio espacial Hubble, y otros observatorios de todo el mundo, pudimos pintar una imagen completa del cuásar y la galaxia intermedia, "dijo Feige Wang de la Universidad de California, Santa Bárbara, que es miembro del equipo de descubrimiento.
Esa imagen revela que el quásar está ubicado muy atrás en el tiempo y el espacio, poco después de lo que se conoce como la Época de la Reionización, cuando surgió la primera luz del Big Bang. "Esta es una de las primeras fuentes que brillaron cuando el Universo emergió de las edades oscuras cósmicas, "dijo Jinyi Yang de la Universidad de Arizona, otro miembro del equipo de descubrimiento. "Anterior a eso, Sin estrellas, cuásares, o se habían formado galaxias, hasta que objetos como este aparecieron como velas en la oscuridad ".
La galaxia en primer plano que mejora nuestra vista del quásar es especialmente tenue, lo cual es extremadamente fortuito. "Si esta galaxia fuera mucho más brillante, no hubiéramos podido diferenciarlo del quásar, "explicó Fan, y agregó que este hallazgo cambiará la forma en que los astrónomos buscan cuásares con lentes en el futuro y podría aumentar significativamente el número de descubrimientos de quásares con lentes. Sin embargo, como sugirió Fan, "No esperamos encontrar muchos quásares más brillantes que este en todo el Universo observable".
El intenso brillo del quásar, conocido como J0439 + 1634 (J0439 + 1634 para abreviar), también sugiere que está alimentado por un agujero negro supermasivo en el corazón de una galaxia joven en formación. La amplia apariencia de la huella digital de magnesio capturada por Géminis también permitió a los astrónomos medir la masa del agujero negro supermasivo del quásar en 700 millones de veces la del Sol. Lo más probable es que el agujero negro supermasivo esté rodeado por un disco plano de tamaño considerable de polvo y gas. Este toro de materia, conocido como disco de acreción, muy probablemente gira continuamente hacia adentro para alimentar la central eléctrica del agujero negro. Las observaciones a longitudes de onda submilimétricas con el telescopio James Clerk Maxwell en Maunakea sugieren que el agujero negro no solo está acumulando gas, sino que puede desencadenar el nacimiento de estrellas a un ritmo prodigioso, que parece ser de hasta 10, 000 estrellas por año; en comparación, nuestra Vía Láctea produce una estrella al año. Sin embargo, debido al efecto de impulso de las lentes gravitacionales, la tasa real de formación de estrellas podría ser mucho menor.
Los quásares son fuentes extremadamente energéticas alimentadas por enormes agujeros negros que se cree que residieron en las primeras galaxias que se formaron en el Universo. Por su brillo y distancia, Los quásares proporcionan una visión única de las condiciones del Universo primitivo. Este quásar tiene un corrimiento al rojo de 6,51, que se traduce en una distancia de 12,8 mil millones de años luz, y parece brillar con una luz combinada de unos 600 billones de soles, impulsado por el aumento de lente gravitacional. La galaxia en primer plano que curvó la luz del quásar está aproximadamente a la mitad de esa distancia, a solo 6 mil millones de años luz de nosotros.
La luz del quásar J0439 + 1634, a unos 12,8 mil millones de años luz de distancia, pasa cerca de una tenue galaxia que está a unos seis mil millones de años luz de distancia. La gravedad de esta galaxia en primer plano deforma el espacio que la rodea, según la teoría de la relatividad general de Einstein. Esto dobla la luz como una lente óptica, aumenta la imagen del cuásar en un factor de cincuenta, mientras que al mismo tiempo dividió la imagen del cuásar en tres. Tanto la galaxia en primer plano como el cuásar de múltiples imágenes son capturados por la imagen de alta resolución del telescopio espacial Hubble. Telescopios terrestres, incluido el MMT, Rizar, Geminis, LBT y JCMT, se utilizan para observar este objeto en óptica, longitudes de onda infrarrojas y submilimétricas para medir su distancia, y caracterizar su agujero negro central y su galaxia anfitriona. Crédito:NASA, ESA, Xiaohui Fan (Universidad de Arizona)
El equipo de Fan seleccionó J0439 + 1634 como un candidato de cuásar muy distante basado en datos ópticos de varias fuentes:el telescopio panorámico y el sistema de respuesta rápida1 (Pan-STARRS1; operado por el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai), el estudio del hemisferio del telescopio infrarrojo del Reino Unido (realizado en Maunakea, Hawai), y el archivo del telescopio espacial Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA.
Las primeras observaciones espectroscópicas de seguimiento, realizado en el Telescopio Multi-Espejo en Arizona, confirmó el objeto como un cuásar de alto corrimiento al rojo. Las observaciones posteriores con los telescopios Gemini North y Keck I en Hawai'i confirmaron el hallazgo del MMT, y condujo a la detección de Gemini de la huella digital de magnesio crucial, la clave para determinar la fantástica distancia del quásar. Sin embargo, la galaxia de lente en primer plano y el cuásar aparecen tan cerca que es imposible separarlos con imágenes tomadas desde el suelo debido a la falta de definición de la atmósfera terrestre. Fueron necesarias las imágenes exquisitamente nítidas del Telescopio Espacial Hubble para revelar que la imagen del cuásar está dividida en tres componentes por una galaxia de lente tenue.
El quásar está listo para un escrutinio futuro. Los astrónomos también planean usar Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, y finalmente el telescopio espacial James Webb de la NASA, para mirar dentro de los 150 años luz del agujero negro y detectar directamente la influencia de la gravedad del agujero negro en el movimiento del gas y la formación de estrellas en su vecindad. Cualquier descubrimiento futuro de cuásares muy distantes como J0439 + 1634 continuará enseñando a los astrónomos sobre el entorno químico y el crecimiento de agujeros negros masivos en nuestro Universo temprano.
El estudio se describe en una presentación en la 233a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Seattle, Washington y publicado en The Cartas de revistas astrofísicas .
