Astrónomos descubren el agujero negro más lejano del universo visto hasta ahora

Representación artística del agujero negro supermasivo más lejano visto hasta la fecha, parte de un cuásar a 690 millones de años luego del Big Bang.
Carnegie Institution for Science


Un equipo de astrónomos, incluyendo dos del MIT, detectó el agujero negro supermasivo más lejano nunca antes observado por la humanidad. El agujero negro se localiza al medio de un cuásar ultraluminoso, cuya luz se emitió a solo 690 millones de años luego de ocurrido el Big Bang. Esta luz se tomó cerca de 13 mil millones de años para alcanzarnos, un periodo de tiempo casi parecido a la edad de nuestro universo. El artículo, en el que participaron científicos del Instituto Kavli para la Astrofísica y la Investigación Espacial del MIT y del Instituto Carnegie, fue publicado en Nature.

El agujero negro, se estima, es 800 millones de veces más masiva que nuestro sol, un Goliath para los estándares modernos, y relativamente anómalo en el universo temprano. Es el único objeto observado de esta era, según miembros del Instituto Kavli para la Astrofísica y la Investigación Espacial del MIT. Tiene una masa extremadamente grande, y aun así, el universo es tan joven que esto ni debería existir. El universo no era tan antiguo como para producir un agujero negro de estas proporciones. “Es muy misterioso”, describieron los científicos detrás del descubrimiento.


Carnegie Institution for Science

Se adelantó a su tiempo

El agujero negro, se estima, es 800 millones de veces más grande que nuestro sol, un Goliath para los estándares modernos, y relativamente anómalo en el universo temprano. Es el único objeto observado de esta era. Tiene una masa extremadamente grande, y aun así, el universo es tan joven que esto ni debería existir. El universo no era tan antiguo como para producir un agujero negro de estas proporciones. “Es muy misterioso”, describieron los científicos detrás del descubrimiento.

La sorpresa relacionada a la edad y tamaño no es la única: el ambiente también llamó la atención. El agujero negro tomó forma, según concluyeron los astrónomos, justo en el momento en el que el universo atravesaba un cambio crucial, pasando de un ambiente oscuro dominado por hidrógeno neutro a uno en que las primeras estrellas empezaron a parpadear. Mientras más estrellas y galaxias se formaron, estas generaron la radiación suficiente para transformar el hidrógeno (de neutral, donde los electrones están sujetos al núcleo, a ionizados, donde los electrones son liberados para recombinarse al azar). Este cambio de hidrógeno neutro a ionizado representa uno fundamental en el universo que ha persistido hasta la fecha.

De acuerdo al equipo, el nuevo agujero negro, recién descubierto, existió en un ambiente mitad neutral y mitad ionizado. “Fue momento en el que las primeras galaxias aparecieron en sus capullos de gas neutro y empezaron a surgir”, explicaron en un comunicado de MIT News. Esta última es la medición más precisa de aquel tiempo, una verdadera indicación de cuándo las estrellas nacieron.

Altas velocidades en su órbita

El agujero negro fue detectado por el equipo de Carnegie, que halló el objeto examinando múltiples observaciones del cielo y mapas del universo distante. Ellos buscaban, particularmente, cuásares, de los objetos más brillantes del universo, que consisten en un agujero negro supermasivo rodeado de discos arremolinados de materia.

Luego de identificar muchos objetos de interés, emplearon un instrumento conocido como FIRE (Folded-port InfraRed Echellette) construido por Simcoe y que opera en el telescopio Magellan de 6.5 metros de diámetro (ubicado en Chile). FIRE es un espectrómetro que clasifica objetos basados en el espectro infrarrojo. La luz de objetos cósmicos tempranos lejanos se desplaza a longitudes de onda más rojas en su viaje a través del universo, mientras este se expande. A mayor el acercamiento del objeto al rojo al final del espectro, más lejano es, tanto en tiempo y espacio.


Espectro de infrarrojo cercano Magellan / FIRE y Gemini / GNIRS del cuásar J1342 + 0928. Así se determinó la masa del agujero negro supermasivo. 
Bañados et al.

Uno de los objetos bajo análisis arrojó un corrimiento al rojo de 7.5, lo que significó que el objeto emitía luz unos 690 millones de años después del Big Bang. Basados en el registro del cuásar, se calculó la masa del agujero negro y se concluyó que era de 800 millones de veces la masa del sol. "Algo causa que el gas dentro del cuásar se mueva alrededor a velocidades altísimas, y los únicos fenómenos que conocemos alcanzan estas velocidades son las órbitas alrededor de agujeros negros supermasivos", indicaron los autores.

Cuando las primeras estrellas se encendieron

El nuevo cuásar identificado habitó en un momento crucial de la historia de universo. Siguiendo casi de inmediato al Big Bang, el universo fue una sopa cósmica de partículas extremadamente energéticas. Conforme se expandió, estas partículas se enfriaron y fusionaron en hidrógeno neutro durante una era conocida como tiempos oscuros, un período carente de toda luz. Eventualmente, la gravedad condensó la materia en las primeras estrellas y galaxias, lo que produjo a su vez luz en forma de fotones.

Mientras más estrellas se encendieron a través del universo, sus fotones reaccionaron con hidrógeno neutro, ionizando el gas desencadenando la época de la re-ionización. El cuásar, según el trabajo, habría existido durante esta transición crucial. Esta sería la datación más precisa de cuando las estrellas empezaron a encenderse (690 millones de años luego del Big Bang).

Y el misterio que aun no se resuelve es: ¿cómo semejante agujero negro se formó tan temprano en el universo? Los objetos cósmicos de esta naturaleza se forman acumulando y absorbiendo masa del ambiente que lo rodea. Un agujero como el J1342+0928 debería haberse formado en periodos mucho mayores a los 690 millones de años. Los autores del trabajo calificaron el tamaño de irreal, y consideran que tiene que haber otra forma de explicar su presencia. Hasta el momento, sin embargo, nadie sabe cómo.

Daniel Meza
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