Astrónomos detectan antiguos cuásares solitarios
Por: Jennifer Chu, MIT.
17 de octubre de 2024
Esta imagen, tomada por el telescopio espacial James Webb de la NASA, muestra un antiguo cuásar (en un círculo rojo) con menos galaxias vecinas de las esperadas (manchas brillantes), lo que desafía la comprensión de los físicos sobre cómo se formaron los primeros cuásares y agujeros negros supermasivos. Crédito de la imagen: Christina Eilers/Equipo EIGER.
Un cuásar es el núcleo extremadamente brillante de una galaxia que alberga un agujero negro supermasivo activo en su centro. A medida que el agujero negro absorbe el gas y el polvo que lo rodean, expulsa una enorme cantidad de energía, lo que convierte a los cuásares en unos de los objetos más brillantes del Universo. Los cuásares se han observado ya unos cientos de millones de años después del Big Bang, y ha sido un misterio cómo estos objetos pudieron volverse tan brillantes y masivos en tan poco tiempo cósmico.
Los científicos han propuesto que los primeros cuásares surgieron de regiones excesivamente densas de materia primordial, lo que también habría producido muchas galaxias más pequeñas en el entorno de los cuásares. Pero en un nuevo estudio dirigido por el MIT, los astrónomos observaron algunos cuásares antiguos que parecen estar sorprendentemente solos en el Universo primitivo. Los astrónomos utilizaron el telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA para mirar atrás en el tiempo, más de 13 mil millones de años, y estudiar el entorno cósmico de cinco cuásares antiguos conocidos.
Encontraron una sorprendente variedad en sus vecindarios, o “campos de cuásares”. Mientras que algunos cuásares residen en campos muy poblados con más de 50 galaxias vecinas, como predicen todos los modelos, los cuásares restantes parecen flotar en vacíos, con solo unas pocas galaxias extraviadas en sus proximidades. Estos cuásares solitarios desafían la comprensión de los físicos sobre cómo estos objetos luminosos pudieron haberse formado tan temprano en el Universo, sin una fuente significativa de materia circundante que alimentara su crecimiento como agujero negro.
“Contrariamente a la creencia previa, hemos descubierto que, en promedio, estos cuásares no están necesariamente en las regiones de mayor densidad del Universo primitivo. Algunos de ellos parecen estar en medio de la nada”, afirma Anna-Christina Eilers, profesora adjunta de física en el MIT. “Es difícil explicar cómo estos cuásares pudieron haber crecido tanto si parece que no tienen de qué alimentarse”.
Existe la posibilidad de que estos cuásares no sean tan solitarios como parecen, sino que estén rodeados de galaxias que están envueltas en polvo y, por lo tanto, ocultas a la vista. Eilers y sus colegas esperan ajustar sus observaciones para tratar de ver a través de ese polvo cósmico, con el fin de comprender cómo los cuásares crecieron tanto y tan rápido en el Universo primitivo.
Los cinco cuásares recién observados se encuentran entre los más antiguos observados hasta la fecha. Con más de 13 mil millones de años de antigüedad, se cree que estos objetos se formaron entre 600 y 700 millones de años después del Big Bang. Los agujeros negros supermasivos que alimentan los cuásares son mil millones de veces más masivos que el Sol y más de un billón de veces más brillantes. Debido a su extrema luminosidad, la luz de cada cuásar puede viajar a lo largo de la edad del Universo, lo suficientemente lejos como para llegar a los detectores altamente sensibles del JWST en la actualidad.
El equipo analizó imágenes de los cinco cuásares antiguos tomadas por el JWST entre agosto de 2022 y junio de 2023. Las observaciones de cada cuásar comprendían múltiples imágenes en “mosaico”, o vistas parciales del campo del cuásar, que el equipo unió de manera efectiva para producir una imagen completa del vecindario circundante de cada cuásar. El telescopio también tomó medidas de luz en múltiples longitudes de onda a lo largo del campo de cada cuásar, que luego el equipo procesó para determinar si un objeto dado en el campo era luz de una galaxia vecina y qué tan lejos está una galaxia del cuásar central mucho más luminoso.
“Descubrimos que la única diferencia entre estos cinco cuásares es que sus entornos parecen muy diferentes. Por ejemplo, un cuásar tiene casi 50 galaxias a su alrededor, mientras que otro tiene sólo dos. Y ambos cuásares tienen el mismo tamaño, volumen, brillo y tiempo del universo. Fue realmente sorprendente verlo”, afirma Eilers. La disparidad en los campos de cuásares introduce un problema en la imagen estándar del crecimiento de los agujeros negros y la formación de galaxias. Según la mejor comprensión de los físicos sobre cómo surgieron los primeros objetos en el universo, una red cósmica de materia oscura debería haber marcado el rumbo.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-10-astronomers-ancient-lonely-quasars-murky.html