Los astrónomos descubren el cuásar con lente más distante

El cuásar magnificado más distante conocido promete arrojar luz sobre los primeros años del universo.

Impresión artística de un cuásar
ESA / Hubble / NASA / M. Kornmesser

Una lente cósmica ha ampliado la luz de un quásar distante, haciéndola brillar con un brillo de 600 billones de soles, informan los astrónomos en un estudio publicado en el 9 de enero Astrophysical Journal Letters . Eso lo convierte en el objeto más brillante del amanecer cósmico, dice el autor del estudio Xiaohui Fan (Universidad de Arizona), y le está dando a los astrónomos una mirada sin precedentes a la formación de agujeros negros supermasivos y sus galaxias en el universo primitivo

Un cuásar es un agujero negro supermasivo que devora gas en su vecindad y libera enormes cantidades de energía en el proceso. Los cuásares son, por lo tanto, una de las pocas fuentes visibles a miles de millones de años luz de distancia, desde el momento en que el universo estaba formando sus primeras estrellas, una era conocida como la Época de la reionización. Se conocen cientos de quásares a estas grandes distancias, pero para ser vistos desde muy lejos, deben ser inusualmente brillantes y, por lo tanto, inusualmente masivos.

¿Cómo los cuásares se vuelven tan masivos tan temprano? Algunos teóricos argumentaron que en realidad podrían no ser tan masivos, una gran parte de ellos podría tener lentes gravitacionales, alineados justo detrás de una galaxia interviniente que actúa como un telescopio cósmico para aumentar el brillo del cuásar. Sin embargo, no se habían encontrado cuásares con lentes en el universo primitivo, y nadie estaba muy seguro de por qué. (Anteriormente, los cuásares con lentes más distantes conocidos existían 1.200 millones de años después del Big Bang, mucho después de que la reionización hubiera terminado)

Es por eso que, incluso cuando Fan y sus colegas analizaron los datos de la encuesta en busca de cuásares luminosos, se sorprendieron cuando el cuasar designado UHS J043947.08 + 163415.7 les llamó la atención. "Vimos que era muy brillante, el más brillante descubierto en el universo", dice el coautor Fabio Pacucci (Universidad de Yale). Era tan brillante, de hecho, que su luminosidad inicialmente implicaba un agujero negro de 10 mil millones de masas solares, lo que habría sido un resultado realmente sorprendente.

Los científicos hicieron un seguimiento del objeto extraño utilizando una serie de telescopios de gran apertura, incluido el telescopio MMT de 6.5 metros en Arizona y el telescopio Keck de 10 metros en Hawai'i. El espectro de la fuente fue otra sorpresa. Debido a que el cuásar está tan lejos, sus longitudes de onda deberían haberse extendido a medida que viajaban por el universo en expansión, desplazando hacia el rojo su luz. Sin embargo, el espectro también mostró una débil firma azul. La luz azul que contamina la luz podría provenir de un objeto en primer plano, dice Fan, pero las imágenes basadas en el suelo no podían discernir qué era.

Entonces, el equipo se lanzó a los cielos, observando nuevamente los cuásares con el telescopio espacial Hubble. Las nítidas fotos del Hubble resolvieron la luz en múltiples fuentes: un tenue desenfoque de una galaxia en primer plano y múltiples fuentes que son todas del mismo cuásar, cuya luz se dividió al pasar alrededor de la galaxia más cercana. La galaxia en primer plano se encuentra a medio camino entre nosotros y el cuásar, y magnifica la luz del cuásar por un factor de 50. La luz del quásar mismo ha viajado 12.9 mil millones de años para llegar a la Tierra.

Esta foto del Hubble muestra un cuásar muy distante (a la derecha) que ha sido iluminado y dividido en múltiples imágenes por el campo gravitacional de una galaxia en primer plano (izquierda).
NASA / ESA / X. Fan (Universidad de Arizona)

Encontrar un cuásar con lente gravitacional solo 850 millones de años después del Big Bang es un gran descubrimiento, dice Pacucci. Sin duda, los científicos habían estado buscando tales cuásares durante casi dos décadas.

Sin embargo, como Fan enfatizó en una presentación en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana la semana pasada en Seattle, "Fue un descubrimiento fortuito, no nos propusimos encontrar este objeto".

"Este cuásar se amplía 50 veces, pero debe haber cuásares amplificados por menos", agrega Avi Loeb (Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica), quien escribió un documento de seguimiento con Pacucci sobre las implicaciones del estudio. "Debería haber muchos más [cuásares distantes con lentes gravitacionales] que se perdieron". Ahora los científicos saben mejor qué buscar para encontrar estas alineaciones raras.

Además de encontrar nuevas lentes en el amanecer cósmico, el equipo de Fan planea un seguimiento detallado del nuevo quásar descubierto. Las observaciones de longitud de onda milimétrica del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile, por ejemplo, permitirán a los astrónomos ver detalles en la galaxia anfitriona del cuásar y alrededor del agujero negro central que tienen solo 150 años luz de diámetro, una hazaña increíble por algo tan lejano!

Referencia:

X. Fan y col. "El descubrimiento de un cuásar con lente gravitacional en z = 6.51". Astrophysical Journal Letters, 9 de enero de 2019 (preimpresión completa)