El chorro más grande del universo temprano de entre todos los disparados por agujeros negros

Gracias a décadas de observaciones astronómicas, se sabe que la mayoría de las galaxias albergan agujeros negros masivos en sus núcleos. A medida que el gas y el polvo caen en estos agujeros negros, la fricción genera una enorme cantidad de energía, dando lugar a núcleos galácticos extremadamente luminosos conocidos como cuásares. Estos cuásares emiten potentes chorros de materia energética que pueden detectarse con radiotelescopios a grandes distancias. Mientras que en el universo cercano estos chorros son relativamente comunes, en el universo temprano y lejano han sido mucho más difíciles de encontrar hasta ahora.

Utilizando una combinación de telescopios, unos astrónomos han descubierto ahora un chorro de dos lóbulos que se extiende a lo largo de al menos 200.000 años-luz de distancia, el doble del tamaño de la Vía Láctea. Este es el chorro más grande del universo temprano de entre todos los disparados por agujeros negros que se conocen. El chorro se formó cuando el universo tenía menos del 10% de su edad actual.

El chorro fue identificado en primera instancia utilizado el telescopio internacional LOFAR (LOw Frequency ARray por sus siglas en inglés), una red de radiotelescopios repartidos por toda Europa.

A partir de esto, se realizaron observaciones de seguimiento en la banda del infrarrojo cercano con un espectrógrafo especial (GNIRS), instalado en el Telescopio Gemini Norte, la mitad boreal del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y operado por el NOIRLab de la NSF.

También se efectuaron observaciones de seguimiento en la banda óptica, mediante el Telescopio Hobby-Eberly.

Recreación artística del chorro más grande del universo temprano de entre todos los disparados por agujeros negros. (Imagen: NOIRLab / NSF / AURA / M. Garlick. CC BY)

Gracias a todas estas observaciones, se ha conseguido obtener una imagen completa del chorro y del cuásar que lo produce. Estos descubrimientos son cruciales para profundizar en el conocimiento de cómo y cuándo se comenzaron a formarse los chorros gigantes de esa clase.

“Estábamos buscando cuásares con chorros potentes en el universo temprano, los cuales nos ayudan a entender cómo y cuándo se formaron los primeros chorros y cómo influyen en la evolución de las galaxias”, explica Anniek Gloudemans, investigadora postdoctoral de NOIRLab y coautora del estudio.

Para comprender la historia de formación de un cuásar, es necesario determinar sus propiedades, como su masa y el ritmo al que consume materia. Para medir estos parámetros, el equipo observó una longitud de onda de luz específica emitida por el cuásar conocida como línea de emisión amplia Mgll (magnesio). Normalmente, esta señal aparece en el rango de las longitudes de ondas ultravioletas. Sin embargo, debido a la expansión del universo, que provoca que la luz emitida por el cuásar se “estire” a longitudes de onda más largas, la señal de magnesio llega a la Tierra en el rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano, donde es detectable con el espectrógrafo GNIRS.

El cuásar, llamado J1601+3102, se formó cuando el universo tenía apenas el 9% de su edad actual. Aunque los cuásares pueden tener masas miles de millones de veces superiores a la de nuestro Sol, este cuásar es más bien pequeño, con un peso de 450 millones de veces la masa del Sol. Los chorros de doble cara son asimétricos tanto en brillo como en la distancia a la que se extienden desde el cuásar, lo que indica que un entorno externo puede afectarles.

La escasez previa de detecciones de chorros captables en la banda de las ondas de radio en el universo primitivo se atribuye a la radiación del fondo cósmico de microondas, una especie de neblina siempre presente conformada por radiación de microondas que quedó del Big Bang.

Esta persistente radiación de fondo normalmente reduce las emisiones de ondas de radio de objetos astronómicos tan distantes.

“Podemos observar este objeto desde la Tierra, aunque esté muy lejos, solo porque se trata de algo muy extremo”, explica Gloudemans, y agrega que “este objeto muestra lo que podemos descubrir combinando el poder de múltiples telescopios operando a distintas longitudes de onda”.

Por su parte, Frits Sweijen, de la Universidad de Durham en el Reino Unido y coautor del estudio, explica: “Cuando empezamos a observar este objeto, esperábamos que el chorro meridional fuera simplemente una fuente cercana no relacionada, y que la mayor parte fuera pequeña. Por eso nos sorprendió tanto cuando la imagen de LOFAR reveló grandes estructuras detalladas en ondas de radio. La naturaleza de estas fuentes distantes las hacen difíciles de detectar en frecuencias de radio más altas, demostrando el poder de LOFAR por sí solo y las sinergias que puede lograr con otros instrumentos”.

Aún hay muchas preguntas a responder acerca de cómo los cuásares radiobrillantes como J1601+3102 difieren de otros cuásares. Aún no están claras las circunstancias necesarias para crear chorros de radio tan potentes, ni tampoco cuándo se formaron los primeros chorros de ondas de radio en el universo. Gracias al potencial colaborativo de Gemini Norte, LOFAR y el Telescopio Hobby Eberly, estamos un paso más cerca de comprender el enigmático universo primitivo.

El estudio se titula “Monster radio jet (>66 kpc) observed in quasar at z ∼ 5”. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters. (Fuente: NOIRLab)