Encuentran el quásar más distante

Una representación artística del quásar más lejano. Crédito: ESO/M. Kornmesser

Un equipo de astrónomos europeos logró descubrir y estudiar el quásar más distante encontrado hasta ahora gracias a observaciones realizadas con el Very Large Telescope de ESO en Cerro Paranal (Chile) y otros telescopios. Este faro brillante, alimentado por un agujero negro que posee dos mil millones de veces la masa de nuestro Sol, es indiscutiblemente el objeto más luminoso descubierto hasta ahora en el Universo primordial. Estos resultados aparecerán en la edición del 30 de Junio de la revista Nature.

“Este quásar es una evidencia vital del Universo primordial. Es un objeto muy raro que nos ayudará a entender cómo crecieron los agujeros negros súpermasivos unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang”, dice Stephen Warren, líder del equipo que realizó el estudio.

Se cree que los quásares son galaxias distantes muy luminosas, alimentadas por un agujero negro súpermasivo en su centro. Su brillo los convierte en poderosos faros que pueden ayudar a investigar la época en que se formaron las primeras estrellas y galaxias. El quásar recién descubierto está tan distante que su luz es una evidencia de la última etapa de la era de reionización [1].

El quásar recién descubierto, llamado ULAS J1120+0641 [2], es visto como era tan sólo 770 millones de años después del Big Bang (desplazamiento al rojo de 7,1 [3]). Su luz tardó 12,9 mil millones de años en alcanzarnos.

Si bien se ha podido confirmar la existencia de objetos aún más distantes (como un estallido de rayos gamma con desplazamiento al rojo de 8,2 y una galaxia con desplazamiento al rojo de 8,6), el quásar recién descubierto es cientos de veces más brillante que éstos. Entre los objetos que son lo suficientemente brillantes como para ser estudiados en detalle, este es ampliamente el más distante.

El siguiente quásar más distante es visto como era 870 millones de años después del Big Bang (desplazamiento al rojo de 6,4). Objetos similares que se encuentran más distantes no pueden ser detectados mediante rastreos en luz visible debido a que su luz, estirada por la expansión del Universo, se ha desplazado casi por completo hacia la parte infrarroja del espectro al momento de llegar a la Tierra. El proyecto europeo de Rastreo en Infrarrojo del Cielo Profundo UKIRT (UKIDSS por su sigla en inglés), que utiliza de manera permanente el telescopio infrarrojo del Reino Unido [4] en Hawaii, fue diseñado para resolver este problema. El equipo de astrónomos se sumergió en los millones de objetos de la base de datos de UKIDSS en busca de los preciados quásares distantes.

“Tardamos 5 años en encontrar este objeto”, explica Bram Venemans, uno de los autores del estudio. “Estábamos buscando un quásar con desplazamiento al rojo mayor a 6,5. Encontrar uno que está incluso más lejos, con un desplazamiento al rojo mayor a 7, fue una excitante sorpresa. Al permitirnos mirar en profundidad la era de reionización, este quásar representa una oportunidad única para explorar una ventana de 100 millones de años en la historia del cosmos que hasta ahora no estaba a nuestro alcance”.

La distancia del quásar fue determinada gracias a observaciones realizadas con el instrumento FORS2 del Very Large Telescope (VLT) de ESO en Cerro Paranal, en la Región de Antofagasta en Chile, y con instrumentos del Telescopio Gemini Norte [5]. Gracias a que se trata de un quásar comparativamente brillante, fue posible tomar un espectro del objeto, es decir, descomponer su luz en los diferentes colores que la conforman. Esta técnica permitió a los astrónomos descubrir bastante acerca del quásar.

Las observaciones mostraron que la masa del agujero negro, situado en el centro de ULAS J1120+0641, equivale a dos mil millones de veces la masa del Sol. Una masa tan grande es difícil de explicar en una etapa tan temprana después del Big Bang. Las actuales teorías sobre el crecimiento de agujeros negros súpermasivos predicen un lento incremento de la masa a medida que el compacto objeto atrae materia desde sus alrededores.

“Creemos que sólo hay unos 100 quásares brillantes con desplazamiento al rojo superior a 7 en todo el cielo”, concluye Daniel Mortlock, autor principal del estudio. “Encontrar este objeto implicó una búsqueda minuciosa, pero valió la pena el esfuerzo para poder develar algunos de los misterios del Universo primitivo”.

Notas

[1] Unos 300 000 años después del Big Bang –que ocurrió hace 13,7 mil millones de años– el Universo era lo suficientemente frío como para que electrones y protones lograran combinarse en un hidrógeno neutral (gas sin carga eléctrica). Este frío gas oscuro cubrió el Universo hasta que las primeras estrella comenzaron a formarse, unos 100 a 150 millones de años después. La intensa radiación ultravioleta de estas primeras estrellas dividió nuevamente los átomos de hidrógeno en protones y electrones, en un proceso llamado reionización, tras el cual el Universo se volvió más transparente a la luz ultravioleta. Se cree que esta era ocurrió entre 150 y 800 millones de años después del Big Bang.

[2] El objeto fue encontrado usando datos del Rastreo de Gran Área de UKIDSS, o ULAS por su sigla en inglés. Los números y el prefijo ‘J’ se refieren a la posición del quásar en el cielo.

[3] Debido a que la luz viaja a una velocidad finita, los astrónomos pueden mirar más atrás en el tiempo a medida que miran más lejos en el Universo. La luz de ULAS J1120+0641 tardó 12,9 mil millones de años en llegar a los telescopios en la Tierra, por lo que el quásar es visto como era cuando el Universo tenía sólo 770 millones de años. En esos 12,9 mil millones de años, el Universo se expandió y, como resultado, la luz del objeto se estiró. El desplazamiento al rojo cosmológico, o simplemente desplazamiento al rojo, es una medida del estiramiento total del Universo ocurrido entre el momento en que la luz fue emitida y el momento en que fue recibida.

[4] UKIRT es el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido. Pertenece al Science and Technology Facilities Council del Reino Unido y es operado por el personal del Joint Astronomy Centre en Hilo, Hawaii.

[5] FORS2 es el Reductor Focal y Espectrógrafo de baja dispersión del VLT. Otros instrumentos utilizados para descomponer la luz del objeto fueron el Espectrógrafo Multi-Objeto de Gemini (GMOS) y el Espectrógrafo en Infrarrojo-Cercano de Gemini (GNIRS). El Telescopio Liverpool, el Telescopio Isaac Newton y el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido (UKIRT) también fueron utilizados para confirmar las mediciones.

Información adicional

Este estudio aparece publicado en la edición del 30 de Junio de 2011 de la revista Nature.

Enlaces

• Artículo en Nature
• Fotos del VLT

Nota de prensa publicada en el portal del Observatorio Europeo Austral (ESO).