Captan, por primera vez, la fusión de dos quásares en el ‘amanecer cósmico’

Desde el primer momento de su existencia, hace 13.760 millones de años, el Universo ha ido expandiéndose. Lo que implica que al inicio de su existencia era mucho más pequeño de lo que podemos ver hoy y que, al tener menos espacio disponible, Las primeras galaxias tenían muchas más probabilidades que las galaxias actuales de interactuar, chocar entre sí y fusionarse.

Y es precisamente eso, la fusión de galaxias, lo que impulsa la formación de uno de los objetos más fascinantes que se pueden ver en el cielo: los cuásares, núcleos galácticos sumamente luminosos en los que la materia que cae en el agujero negro supermasivo central emite enormes ‘chorros’ de luz. Chorros brillantes y extremadamente energéticos que pueden extenderse incluso a cientos de miles de años luz de distancia de la galaxia que los emite.

Lógicamente, y dada la gran cantidad de galaxias fusionándose y formando quásares en un Universo primitivo y ‘pequeño’, al mirar atrás los astrónomos esperaban encontrar también muchos quásares tan próximos entre sí como para formar ‘pares’, e incluso fusionarse. . Si dos galaxias que se unen dan lugar a un quásar, uno de los objetos más brillantes del Universo, ¿cómo será la fusión de dos quásares? Sin embargo, para confusión general, nunca se ha observado una de estas fusiones. Hasta ahora.

En esta imagen, tomada con la Hyper Suprime Cam del telescopio Subaru, se observan por primera vez en Cosmic Dawn dos cuásares en proceso de fusión

NOIRLab/NSF/AURA/TA Rector (Universidad de Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) y M. Zamani (NSF NOIRLab)

La primera fusión de dos quásares.

Para verlo, un equipo japonés de astrónomos, liderado por Yoshiki Matsuoka, de la Universidad de Matsuyama, tuvo que sumar la potencia de dos grandes telescopios, ambos en el Observatorio Mauna Kea, en Hawái: el Gemini Norte (que es la mitad del Gemini Internacional Observatorio, cuyo otro telescopio, Gemini Sur, está en Chile) y el japonés Subaru. De esta forma lograron observar, por primera vez, un par de quásares fusionándose en el Universo temprano, a ‘sólo’ 900 millones de años del Big Bang, es decir, a casi 13.000 millones de años luz de la Tierra. El trabajo acaba de publicarse en ‘Astrophysical Journal Letters’.

Se trata del primer par de quásares confirmado en el período de la historia del Universo conocido como ‘Amanecer Cósmico’, que se extendió desde unos 50 millones de años hasta mil millones de años después del Big Bang y durante el cual comenzaron a aparecer los primeros. estrellas y galaxias, es decir, las primeras luces en medio de la oscuridad anterior.

La llegada de aquellas primeras estrellas y galaxias inició una nueva era en la formación del cosmos conocida como la ‘Epoca de la Reionización’, una etapa de transición que tuvo lugar aproximadamente 400 millones de años después del Big Bang y durante la cual la luz ultravioleta de las primeras estrellas , galaxias y quásares se extienden por todo el cosmos, interactuando con el medio intergaláctico y despojando a los átomos de hidrógeno primordiales de sus electrones. La Época de la Reionización fue crítica en la historia del Universo, marcó el final de la era oscura y sembró las semillas de las grandes estructuras que observamos hoy en nuestro Universo local.

Para comprender el papel exacto que desempeñaron los quásares durante la época de reionización, los astrónomos han luchado durante mucho tiempo por encontrar y estudiar los quásares que poblaron esta era temprana y distante. “Las propiedades estadísticas de los quásares en la Época de la Reionización – explica Matsuoka – nos dicen muchas cosas, como el progreso y el origen de la reionización, la formación de agujeros negros supermasivos durante el Amanecer Cósmico y la evolución más temprana de las galaxias. “huestes de quásares”.

Descubrimiento fortuito

Hasta ahora se han descubierto unos 300 cuásares en la Época de Reionización, pero ninguno de ellos formaba parte de un par. Hasta que Matsuoka y su equipo, durante una revisión de imágenes tomadas por la Hyper Suprime Cam del Telescopio Subaru, se toparon con una tenue mancha rojiza que les llamó la atención.

“Mientras examinaba imágenes de candidatos a quásares”, recuerda Matsuoka, “observé dos fuentes similares, extremadamente rojas, una al lado de la otra. El descubrimiento fue puramente fortuito.

Al principio, los investigadores no estaban seguros de que lo que estaban viendo era en realidad un par de quásares, ya que las señales de candidatos a quásares distantes a menudo están “contaminadas” por muchas otras fuentes de luz, como estrellas y galaxias en primer plano. , o por los efectos de distorsión de las lentes gravitacionales. Por lo tanto, para confirmar la verdadera naturaleza de estos objetos, el equipo realizó una espectroscopía de seguimiento utilizando la cámara y el espectrógrafo de objetos débiles (FOCAS) del Telescopio Subaru y el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS) del Telescopio Gemini Norte. . Los espectros obtenidos con GNIRS, que descomponen la luz emitida por una fuente en las longitudes de onda que la componen, fueron cruciales para caracterizar la naturaleza del par de cuásares y sus galaxias anfitrionas.

“Lo que aprendimos de las observaciones del GNIRS – continúa el investigador – es que los quásares son demasiado débiles para detectarlos en el infrarrojo cercano, incluso con uno de los telescopios más grandes de la Tierra”. Lo que permitió al equipo estimar que parte de la luz detectada en el rango de longitud de onda visible no procedía de los quásares en sí, sino del proceso de formación estelar en curso que tiene lugar en las galaxias anfitrionas.

Matsuoka y sus colegas también descubrieron que los dos agujeros negros en el centro de ambas galaxias son realmente grandes, cada uno de unos 100 millones de veces la masa del Sol. Esto, junto con la presencia de un “puente” de gas que se extiende entre los dos cuásares, sugiere que ellos y sus galaxias anfitrionas están justo en medio de un proceso de fusión a gran escala.

«La existencia de cuásares fusionados en la época de reionización – afirmó Matsuoka – se supone desde hace mucho tiempo. Pero ahora, por primera vez, se ha confirmado.

 
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