Los primeros cuásares observados hasta la fecha están arrojando luz sobre los inicios de nuestro cosmos

MADRID, 6 Jul. (EUROPA PRESS) -

Un equipo internacional de científicos, dirigidos por la Universidad de California en Santa Bárbara (Estados Unidos) ha descubierto 31 de los cuásares más antiguos jamás encontrados. Dos de ellos son los más antiguos observados hasta ahora en la historia cósmica. Irradiaban la luz de un billón de soles cuando el universo tenía apenas 670 millones de años. Los hallazgos, publicados en la revista 'Astronomy & Astrophysics', representan un avance significativo en nuestra comprensión del universo primitivo.

Los cuásares se encuentran entre los objetos más brillantes y energéticos del universo, alimentados por agujeros negros supermasivos que devoran materia en los centros de las galaxias. Su extrema luminosidad los hace visibles a través de enormes distancias cósmicas.

"Estos objetos proporcionan las mejores pistas para comprender cómo se forman los agujeros negros supermasivos", relata el coautor Joseph Hennawi, profesor de física con nombramientos conjuntos en la Universidad de California en Santa Bárbara. "Estos monstruos, con una masa miles de millones de veces superior a la de nuestro sol, ya existían cuando el universo estaba en sus inicios. Todavía no comprendemos bien cómo crecieron tanto y tan rápido".

Los astrónomos llevan décadas buscando los primeros cuásares del universo. Estos objetos revelan lo que ocurría durante los primeros días del cosmos, incluyendo cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos y las primeras galaxias.

Sin embargo, los cuásares anteriores a los 770 millones de años posteriores al Big Bang son extremadamente raros y difíciles de detectar. Pocas galaxias habían alcanzado el tamaño suficiente para generar un cuásar. Incluso entonces, la luz de estos cuásares primordiales es débil y se confunde fácilmente con señales de estrellas más cercanas a nosotros.

Además, su luz se estira desde el ultravioleta hasta las longitudes de onda del infrarrojo cercano debido a la expansión cósmica, cayendo en un rango donde la atmósfera terrestre brilla intensamente, enmascarando las señales débiles.

Los científicos utilizan este "desplazamiento al rojo" como medida de la edad y la distancia de un objeto, ya que la luz proveniente de lugares más lejanos (y, por lo tanto, de etapas más tempranas del universo) se ha desplazado hacia longitudes de onda más largas debido a la posterior expansión del espacio-tiempo. "Un desplazamiento al rojo de 7 nos lleva a cuando el universo tenía solo 750 millones de años, menos del 6% de su edad actual", detalla Hennawi.

"Estos dos factores hacen que encontrar cuásares a estas distancias sea increíblemente difícil", agrega el autor principal, Daming Yang, estudiante de doctorado del grupo de Hennawi.

"Por cada uno de ellos, existen miles de estrellas en nuestra Vía Láctea y galaxias cercanas que se ven casi idénticas en los estudios de imágenes. Y dado que su luz se extiende al infrarrojo a tales distancias, necesitamos un estudio lo suficientemente amplio como para capturar estos objetos raros y lo suficientemente profundo como para detectar su tenue luz", añade. Esta tarea es prácticamente imposible de realizar desde la Tierra. Se necesita una observación desde el espacio.

Los cuásares más antiguos conocidos hasta el momento eran los raros y brillantes objetos atípicos que resultaban más fáciles de detectar. Aún no se habían encontrado suficientes cuásares de los primeros días del universo para estudiarlos adecuadamente en conjunto.

"Euclid supone un verdadero punto de inflexión", advierte Daming. "Antes, solo podíamos encontrar un puñado de los cuásares antiguos más brillantes, pero Euclid nos permite buscar de forma mucho más eficiente en vastas áreas del cielo para capturar luz mucho más tenue. Es una herramienta única para la búsqueda de cuásares", indica.

LA GALIXIA ANFITRIONA DE UN AGUJERO NEGRO SUPERMASIVO PRIMITIVO

El segundo cuásar más antiguo descubierto por Hennawi, Daming y sus colaboradores fue estudiado recientemente con mayor detalle. Los análisis revelaron que el cuásar estaba incrustado en una galaxia polvorienta y llena de gas que estaba formando nuevas estrellas a gran velocidad, lo que sugiere cómo pudo haber sido la galaxia anfitriona de un agujero negro supermasivo primitivo.

Estos cuásares nos remontan a un período fascinante de la historia cósmica, conocido como la época de la reionización, cuando las primeras estrellas y galaxias ionizaron la oscura y neutra niebla de hidrógeno que llenaba el universo primitivo. Esta fue una era crucial que sentó las bases de todo lo que se sabe actualmente.

De los 31 nuevos cuásares, 14 tienen un corrimiento al rojo de 7 o superior. Los dos más antiguos del grupo tienen corrimientos al rojo de 7,69 y 7,77, estableciendo un nuevo récord para los cuásares más primitivos jamás descubiertos. Ambos se encuentran a poco más de 13.000 millones de años luz de distancia y surgieron durante los primeros 670 millones de años del universo. Además, superan el récord anterior del cuásar más primitivo, establecido por el grupo de Hennawi en 2021.

Pero cada nuevo récord no es un récord por sí mismo. "Estamos encontrando agujeros negros con cientos de millones de veces la masa de nuestro sol en un momento en que el universo apenas comenzaba". Para resolver este dilema, será necesario adentrarse aún más en nuestro pasado cósmico.

La combinación de telescopios más avanzados y búsquedas más sofisticadas ha permitido a los astrónomos profundizar en la historia del universo. Descubrir los primeros diez cuásares con un corrimiento al rojo de 7 o superior les llevó más de una década, pero Euclid ya ha descubierto muchos más en tan solo un año. Este hallazgo duplica con creces el número de cuásares tan antiguos que conocemos.

Además de observatorios revolucionarios como Euclid, los nuevos métodos de aprendizaje automático permiten a los científicos examinar decenas de millones de fuentes y distinguir con fiabilidad el puñado de cuásares reales de los impostores, mucho más comunes, insiste Hennawi.

ENCONTRAR EL PRIMER CUÁSAR CON UN CORRIMIENTO AL ROJO SUPERIOR A 8

El grupo de Hennawi ha dedicado años al desarrollo de los algoritmos que resultaron cruciales en estos recientes descubrimientos. También es el desarrollador principal de PypeIt, el software que los astrónomos de la Universidad de California utilizan para procesar los datos que recopilan en los telescopios Keck. Dos tercios de estos nuevos cuásares, incluidos los tres más distantes, fueron descubiertos con Keck gracias al acceso privilegiado de la UC.

El nuevo objetivo del equipo es ampliar aún más la frontera de la distancia y encontrar el primer cuásar con un corrimiento al rojo superior a 8. Eso lo situaría dentro de los primeros 630 millones de años de la vida del universo.

Pero el descubrimiento es solo una parte de la historia. El equipo ya cuenta con programas aprobados con el Telescopio Espacial James Webb para estudiar muchos de estos cuásares en detalle, incluyendo la medición de las masas de sus agujeros negros, el análisis de la composición química del gas que los rodea y el uso de la huella del medio intergaláctico en su luz para rastrear cómo progresó la reionización.

Mientras tanto, telescopios como el Atacama Large Millimeter Array se centrarán en el polvo cósmico que brilla en las propias galaxias anfitrionas, revelando aspectos sobre su polvo, gas y formación estelar.

"La visión a largo plazo es unir todo esto en una cronología coherente", finaliza Hennawi: "una crónica cuásar de los primeros mil millones de años".