Un equipo de científicos de la Institución Carnegie ha descubierto el cuásar más lejano detectado hasta la fecha. Los resultados, publicados en la revista Nature, nos permiten comprender cómo era el universo en su 'infancia'. La razón es que el cuásar se originó cuando el cosmos presentaba una antigüedad de tan solo 690 millones de años. “Nos ofrece una fotografía de cómo era el universo cuando este tenía solo 5% de su edad actual”, explica a Hipertextual Eduardo Bañados, primer autor del trabajo e investigador en el observatorio de la Institución Carnegie.
"Los cuásares son objetos muy poco comunes en el universo primitivo. Se estima que debe haber entre 20 a 100 cuásares tan luminosos y distantes como el descubierto por nuestro grupo", prosigue Bañados. Su equipo ha logrado detectar el cuásar más alejado encontrado nunca, al que han bautizado técnicamente como ULAS J1342+0928, y que presenta un corrimiento al rojo (redshift, en inglés) de 7,54, una medida que nos indica que está muy, muy lejos. "Hemos roto otra barrera de distancia al encontrar un objeto aún más lejano que el que ya conocíamos", explica a Hipertextual Ángel López-Sánchez, del Observatorio Astronómico Australiano y la Universidad de Macquarie, que no ha participado en el estudio publicado hoy en Nature.

¿Qué es un cuásar y cómo se mide su lejanía?

Aunque parezcan sinónimos, cuásar y agujero negro no son exactamente lo mismo. Según Bañados, podríamos definir cuásar como un agujero negro supermasivo activo en el centro de una galaxia muy masiva. Tal y como explica López-Sánchez a Hipertextual, los investigadores hablan de agujeros negros supermasivos para referirse a agujeros negros con más de un millón de veces la masa del Sol. Por ejemplo, en el caso del agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, hablamos de un agujero negro supermasivo que cuenta con 4,5 millones de masas solares, pero no es un cuásar. “Todas las galaxias poseen agujeros negros supermasivos. La cosa es saber si el agujero está activo o no”, comenta el investigador del Observatorio Astronómico Australiano.
“A mí me gusta pensar esto como una analogía con los volcanes. Sabemos que existen volcanes activos e inactivos. Lo mismo ocurre con los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Los que están activos, es decir, creciendo tragando materia, se llaman núcleos activos de galaxias (AGN, en inglés)”, sostiene Bañados. Los cuásares representan de hecho el caso extremo de los AGN: “la emisión de radiación del agujero negro es tan brutal que ‘enmascara’ a la galaxia entera”, apunta López-Sánchez. Estos objetos, recuerda Bañados, “generalmente viven en algunas de las galaxias más masivas que se conocen”. En definitiva, un cuásar sí es un agujero negro, pero no todos los agujeros negros son cuásares. Hasta la fecha solo ha sido posible detectar cuásares en el universo distante, no en el local; por otro lado, sabemos que estos objetos están en galaxias, una confirmación que llegó de la mano del telescopio Hubble.
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Ilustración sobre el hallazgo del cuásar más lejano encontrado hasta ahora. Crédito: Robin Dienel (Carnegie Institution for Science).
Antes de la publicación de este trabajo, la comunidad científica había logrado detectar un único cuásar, denominado ULAS J1120+0641, con un desplazamiento al rojo (redshift) superior a 7. La investigación liderada por la Institución Carnegie va un paso más allá, al haber encontrado un objeto que presenta un corrimiento al rojo de 7,54. “Para medir distancias cosmológicas los astrónomos utilizan una relación entre distancia y corrimiento al rojo. El desplazamiento al rojo es una medida de cómo la luz de un objeto se ‘estira’ al alejarse de nosotros debido a la expansión del universo”, explica Bañados. Este efecto es el mismo que ocurre cuando oímos la sirena de una ambulancia: a medida que el vehículo se aleja, iremos escuchando el sonido cada vez más grave.
“Usando esta medición empírica podemos luego usar nuestro conocimiento de cosmología e interpretar este desplazamiento al rojo [efecto Doppler] como una distancia. La luz que nos llega en estos momentos de este objeto ha estado viajando por más de 13 mil millones de años", asegura Bañados. El hecho de haber encontrado un cuásar con un corrimiento al rojo de 7,54 indica que dicho objeto se aleja de nosotros a 7,54 veces la velocidad de la luz, es decir, a 2,26 millones de kilómetros por seguro, comenta por su parte López-Sánchez. En otras palabras, determinar el desplazamiento al rojo del cuásar ULAS J1342+0928 nos ha permitido confirmar que el objeto está realmente lejos.
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Crédito: Jinyi Yang, Universidad de Arizona; Reidar Hahn, Fermilab; M. Newhouse NOAO/AURA/NSF.

¿Por qué es importante el hallazgo?

López-Sánchez destaca la importancia del descubrimiento por dos motivos. Por un lado, la detección a esa distancia de un agujero negro supermasivo de gran tamaño nos ayuda a entender cómo crecen los agujeros negros; por otro lado, las conclusiones del trabajo en Nature también permiten estudiar las propiedades derivadas del medio en el que se encuentra dicho objeto. Según Bañados, sus resultados “desafían varias de las teorías que existen [acerca del origen de estos objetos], ya que formar un agujero negro de 800 millones de masas solares en menos de 690 millones de años es muy difícil”. En el caso de que estos objetos estuvieran tragando materia a la velocidad más alta posible, llamada tasa de Eddington, “estos agujeros negros tendrían que formarse de ‘semillas’ extremadamente masivas”, sostiene. Los astrofísicos deben explicar ahora cómo es posible que se desarrollen estas masivas semillas o, por el contrario, sugerir una hipótesis diferente para comprender cómo se forman estos ‘monstruos’ en tan poco tiempo.
"Los agujeros negros crecen por fusión de objetos más pequeños, como las galaxias, y la fusión de agujeros negros es una fuente importante de ondas gravitatorias", señala López-Sánchez. El hallazgo presentado en Nature apoya en particular las hipótesis que defienden el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos, además de ayudarnos a concretar mejor la fecha en la que se empezaron a encender las primeras estrellas en el universo. "Este cuásar está tan lejos que el universo sólo tenía unos 690 millones de años de edad. Los datos observacionales apoyan la hipótesis de que entonces la mayoría del gas difuso estaba ya en estado neutro (y no ionizado)", señala. Para entender cuándo se empezaron a formar las estrellas en el universo, debemos entender en qué momento comenzó la llamada época de la reionización. Durante esta etapa, el hidrógeno difuso y frío se volvió a ‘encender’ por la acción de las estrellas en formación, de ahí que este tipo de trabajos nos enseñen más acerca de la historia del cosmos.
En opinión de Bañados, el cuásar detectado es “un objeto súper interesante”, pero de momento es solamente uno. “Para obtener mediciones más robustas sobre la historia de la época de la reionización del universo, necesitamos encontrar más de estos objetos”, asegura. El primer autor del trabajo destaca que “ahora sabemos que hay un cuásar muy luminoso y evolucionado 690 millones de años después del Big Bang. Es poco probable que este sea el primer cuásar que se haya formado, así que ahora tenemos aún más motivaciones para seguir buscando”. El objeto presenta una luminosidad tan elevada que está siendo analizado en detalle por los telescopios más poderosos del mundo y el espacio, empleando desde rayos X a ondas de radio. Los científicos esperan que el cuásar más distante observado nunca, que nos ayuda a comprender mejor la historia del universo, guarde aún muchas más sorpresas.