A menudo descritos como faros cósmicos, los cuásares son balizas luminosas que se pueden observar en las afueras del Universo, proporcionando un rico tema de estudio para astrónomos y cosmólogos. Ahora los científicos han anunciado el descubrimiento del segundo cuásar más distante que se haya encontrado,a más de 13 mil millones de años luz de la Tierra.
Joe Hennawi de UC Santa Bárbara, profesor del Departamento de Física y ex académicos posdoctorales de la UCSB Frederick Davies y Feige Wang, proporcionaron herramientas cruciales de modelado y análisis de datos que permitieron este descubrimiento. Los resultados están actualmente en preimpresión en ArXiv y apareceránen Las letras del diario astrofísico .
Los investigadores han nombrado el objeto Pōniuā'ena, que significa "fuente giratoria invisible de creación, rodeado de brillantez" en el idioma hawaiano. Es el primer cuásar en recibir un nombre indígena hawaiano.
Los cuásares son fuentes de radiación increíblemente brillantes que se encuentran en los centros de las galaxias masivas distantes. La materia que se mueve en espiral sobre un agujero negro supermasivo genera enormes cantidades de calor que lo hace brillar en las longitudes de onda ultravioleta y óptica ". Son los objetos más luminosos del Universo", Dijo Hennawi," eclipsando sus galaxias anfitrionas por factores de más de cien ".
Desde el descubrimiento del primer cuásar, los astrónomos han estado interesados en determinar cuándo aparecieron por primera vez en nuestra historia cósmica. Al buscar sistemáticamente estos objetos raros en estudios de cielo de área amplia, los astrónomos descubrieron el cuásar más distante llamado J1342 + 0928 en 2018 y ahora el segundo más distante, Pōniuā'ena o J1007 + 2115.
El equipo detectó por primera vez a Pōniuā'ena como un posible quásar después de examinar detenidamente grandes áreas. En 2019, los investigadores observaron el objeto utilizando el Observatorio WM Keck y el Observatorio Gemini en Mauna Kea, en Hawai, confirmando su existencia e identidad.
Pōniuā'ena es solo el segundo cuásar detectado a una distancia calculada en un desplazamiento al rojo cosmológico mayor a 7.5, o 13 mil millones de años luz de la Tierra. Alberga un agujero negro dos veces más grande que el otro cuásar conocido de la misma era.La existencia de estos agujeros negros masivos en esos primeros tiempos desafía las teorías actuales de cómo se formaron y crecieron los agujeros negros supermasivos en el universo joven.
Un rompecabezas cosmológico
Las observaciones espectroscópicas de Gemini y Keck muestran que el agujero negro que alimenta a Pōniuā'ena es 1.500 millones de veces más masivo que nuestro Sol. "Pōniuā'ena es el objeto más distante conocido en el universo que alberga un agujero negro que supera los mil millones de masas solares".dijo el autor principal, Jinyi Yang, investigador asociado postdoctoral en la Universidad de Arizona.
Los agujeros negros crecen acumulando materia. En la imagen estándar, los agujeros negros supermasivos crecen a partir de un agujero negro "semilla" mucho más pequeño, que podría haber sido el remanente de una estrella masiva que murió ". Por lo tanto, es sorprendente cómo una masa tan masivael agujero negro puede existir tan temprano en la historia del universo porque no parece haber suficiente tiempo para que crezcan dada nuestra comprensión actual ", explicó Davies.
Para que un agujero negro de este tamaño se forme tan temprano en el universo, necesitaría comenzar como un agujero negro de semillas de masa solar de 10,000 solo 100 millones de años después del Big Bang, en lugar de crecer desde un lugar mucho más pequeñoagujero negro formado por el colapso de una sola estrella.
"¿Cómo puede el universo producir un agujero negro tan masivo tan temprano en su historia?", Dijo Xiaohui Fan, de la Universidad de Arizona. "Este descubrimiento presenta el mayor desafío para la teoría de la formación y el crecimiento del agujero negro a principios de la historia".universo ". El descubrimiento de un mecanismo más exótico para formar el agujero negro semilla puede ser necesario para explicar la mera existencia de Pōniuā'ena.
La época de la reionización
La teoría actual sostiene que el nacimiento de estrellas y galaxias, tal como las conocemos, comenzó durante la Época de Reionización. Comenzando aproximadamente 400 millones de años después del Big Bang, la materia difusa entre las galaxias pasó de ser hidrógeno neutro a hidrógeno ionizado. El crecimientoSe cree que los primeros agujeros negros gigantes ocurrieron durante este tiempo.
El descubrimiento de cuásares como Pōniuā'ena, en lo profundo de la época de la reionización, es un gran paso hacia la comprensión de este proceso de reionización y la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y galaxias masivas. Pōniuā'ena ha impuesto nuevas e importantes restricciones sobre elevolución del medio intergaláctico en la época de reionización.
"Pōniuā'ena actúa como un faro cósmico. A medida que su luz recorre el largo viaje hacia la Tierra, su espectro se ve alterado por el gas difuso en el medio intergaláctico que nos permitió determinar cuándo ocurrió la Época de Reionización", dijo Hennawi.El método de modelado y análisis de datos utilizado para inferir información sobre la Época de reionización a partir de estos espectros de cuásar distantes se desarrolló en su grupo de investigación en la Universidad de California en Santa Bárbara con Davies y Wang.
"A través de los Observatorios de la Universidad de California, tenemos acceso privilegiado a los telescopios Keck en la cumbre de Mauna Kea, lo que nos permitió obtener datos de alta calidad sobre este objeto poco después de que se descubriera utilizando el telescopio Gemini", dijo Hennawi.
Encontrar estos quásares distantes es una aguja en un problema de pajar. Los astrónomos deben extraer imágenes digitales de miles de millones de objetos celestes para encontrar candidatos para el cuásar. "Incluso después de identificar a los candidatos, la tasa de éxito actual de encontrarlos es de aproximadamente 1%, y esto implica pasar mucho tiempo costoso con el telescopio observando contaminantes ", explicó Wang.
Afortunadamente, Hennawi y su grupo están desarrollando herramientas de aprendizaje automático para analizar estos grandes datos y hacer que el proceso de búsqueda de cuásares distantes sea más eficiente ". En los próximos años, el satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA nos permitiránencontrar tal vez un centenar de cuásares a esta distancia, o más allá ", dijo." Con una gran muestra estadística de estos objetos podremos construir una línea de tiempo precisa de la época de reionización, así como arrojar más luz sobre el rompecabezas del crecimiento del agujero negro"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Harrison Tasoff. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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