Un grupo de investigadores ha anunciado el descubrimiento del quásar más distante observado hasta ahora. Se encuentra a más de 13 000 millones de años-luz del Sistema Solar. Por lo que ofrece la oportunidad de ver el universo tan solo cientos de millones de años después del Big Bang…

El quásar más distante y uno de los más intrigantes

El quásar, J0313-1806, se encuentra a 13 030 millones de años-luz de la Vía Láctea. Muestra el universo tal y como era cuando tenía apenas 670 millones de años. En su centro se oculta un agujero negro supermasivo que tiene 1600 millones de veces la masa del Sol. No solo es el más lejano observado. También es el primero que muestra indicios de unas corriente de gas sueprcalentado que escapa del entorno del agujero negro. Lo hace a una quinta parte de la velocidad de la luz. Además, la galaxia en la que se encuentra muestra una gran formación de estrellas.

Descubren el quásar más distante observado hasta ahora
Concepto artístico de una corona de gas alrededor de un quásar en las primeras etapas del universo. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Hay que recordar que los quásares son el producto de agujeros negros supermasivos que están absorbiendo grandes cantidades de material. Como resultado, a su alrededor se genera una gran cantidad de material supercalentado, girando a su alrededor en lo que se conoce como disco de acreción. La energía presente en estos fenómenos es tan elevada que los quásares están entre los objetos más brillantes del universo. A menudo, un quásar es más brillante que la luz de todas las estrellas que forman parte de la galaxia en la que se encuentra.

J0313-1806 está apenas 20 millones de años-luz más lejos que el anterior quásar más distante que se había observado. Sin embargo, es el doble de masivo. Algo muy importante porque ayuda a entender mejor la formación de agujeros negros supermasivos en la infancia del cosmos. Es muy complicado explicar cómo, estos objetos tan masivos, pudieron acumular tanta masa en tan poco tiempo. Los mecanismos tradicionales (como la muerte de estrellas masivas y colisión de los posteriores agujeros negros) son demasiado lentos.

Una herramienta para refinar los modelos de formación de agujeros negros supermasivos

Por lo que, en un universo con apenas unos pocos cientos de millones de años de existencia, debía haber otros mecanismos que permitiesen que un agujero negro supermasivo pudiese adquirir la masa necesaria para llegar a tales dimensiones. Este nuevo quásar es una herramienta muy útil. Su hallazgo permite descartar dos modelos que planteaban cómo podrían formarse con tanta velocidad. En el primero, se planteaba que las primeras estrellas del cosmos, muy masivas y compuestas casi en exclusiva por hidrógeno, serían su fuente.

Impresión artística del quásar ULAS J1120+0641, uno de los más distantes conocidos. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Es decir, el agujero negro se alimentaría de las estrellas que fuese absorbiendo, creciendo rápidamente por su masa. En el segundo, en su lugar, se planteaba que habría cúmulos de estrellas que, directamente, colapsarían hacia un agujero negro masivo desde el mismo momento de su formación. La masa del quásar J0313-1806 es tan grande que, directamente, es imposible adjudicársela a ninguno de estos dos escenarios, según han explicado los investigadores. No solo eso, llevaron a cabo sus propios cálculos para determinarlo.

Así, vieron que un agujero negro que se formase, en el centro de esa galaxia, tan solo 100 millones de años después del Big Bang, y creciese tan rápido como fuese posible, no habría sido suficiente. Hubiese necesitado, como punto de partida, al menos 10 000 veces la masa del Sol. Por lo que tuvo que formarse de alguna otra manera. Otro mecanismo, muy popular, es el que plantea que en el inicio del universo, pudo haber grandes regiones de gas que, directamente, colapsasen en agujeros negros masivos. No llegarían a formar estrellas.

Una gran pieza para el rompecabezas

Como este mecanismo no necesita estrellas como punto de partida, es el único que puede explicar cómo J0313-1806 pudo llegar a 1600 millones de veces la masa del Sol en tan poco tiempo. Algo que hace que este quásar sea todavía más valioso. Porque, en quásares más cercanos y que, por tanto, vemos cuando el universo era más viejo, el resto de modelos también pueden explicar cómo se formaron. Además, ofrece la oportunidad de entender cómo eran las galaxias en las primeras etapas del cosmos, cuando todavía estaban formándose.

En los modelos actuales de evolución de galaxias, los agujeros negros supermasivos en el centro podrían ser los causantes de que se detuviese el proceso de formación de estrellas. Su presencia provocaría que la mayor parte del gas frío, que sirve como cuna de las nuevas estrellas, fuese eliminado de la galaxia. Es un mecanismo que no se había observado en marcha en una etapa tan temprana del universo. Por si no fuese suficiente, también han sido capaces de calcular cuál es la cantidad de masa que está añadiendo este quásar.

Al medir su luminosidad, han determinado que, cada año, está absorbiendo el equivalente a 25 veces la masa del Sol. Eso provocaría que exista ese plasma moviéndose a gran velocidad hacia el entorno en su galaxia. En comparación, Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea está prácticamente inactivo. Nuestra galaxia forma estrellas utilizando alrededor de una masa solar cada año. J0313-1806, en comparación, utiliza 200 masas solares cada año. Es un ritmo de formación mucho más alto.

Un quásar muy distante… que todavía está en formación

Según explican los investigadores, estos quásares todavía están en proceso de formación. Llegará un momento en el que el agujero negro supermasivo expulsará todo el gas a su alrededor. A partir de ese momento, se quedará sin material que absorber y dejará de crecer. Es una pista sobre cómo crecieron las primeras galaxias masivas. Aún así, para tener una mejor imagen, será necesario encontrar otros quásares similares. Los investigadores esperan encontrar otros, incluyendo algunos que podrían superar los registros que se tienen.

Concepto artístico del telescopio espacial James Webb. Crédito: NASA

Para su análisis, están usando los telescopios Magallanes, en el observatorio de Las Campanas, en Chile. Su búsqueda cubre una gran cantidad de firmamento. Aproximadamente, explican, son capaces de observar la mitad del firmamento. De la lista de objetos detectados hasta ahora, ya han seleccionado otros posibles quásares. Los observarán con más detalle para entender mejor uno de los objetos más masivos y extremos que podemos encontrar en el universo. Además, esperan poder llevar a cabo observaciones con el telescopio James Webb.

Con su lanzamiento, en 2021, mejorará la capacidad para observar un quásar distante. Ya que, desde la superficie, solo son visibles como un punto. Con un telescopio espacial, sin embargo, esperan poder detectar su estructura y el movimiento de su material, así como hasta dónde llega el flujo de plasma que expulsa a su galaxia. Todo eso permitirá que, con el paso del tiempo, se tenga una imagen mucho más completa de los quásares. Algo que permitirá entender mejor en qué punto de su etapa de desarrollo se encuentran, y así seguir aumentando nuestro conocimiento sobre la infancia del cosmos…

Estudio

El estudio es F. Wang, J. Yang, X. Fan et al.; «A Luminous Quasar at Redshift 7.642». Puede ser consultado en la plataforma preliminar arXiv, en este enlace.

Referencias: Phys