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Astrónomos detectan 83 agujeros negros en el Universo primitivo

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Astrónomos acaban de encontrar 83 quásares, propulsados ​​por agujeros negros supermasivos y que se remontan a la infancia del Universo, cuando era menos del 10 por ciento de su edad actual. Este descubrimiento revela que tales objetos eran más comunes en los albores del tiempo de lo que pensábamos y desafía todo nuestro modelo cosmológico.

Los quásares se encuentran entre los objetos más brillantes del Universo, núcleos galácticos extremadamente luminosos alimentados por la alimentación activa de agujeros negros supermasivos. Cuando el material se arremolina alrededor del agujero negro, su fricción genera una radiación tan intensa que puede verse, incluso a miles de millones de años luz de distancia.

Sólo hay un gran problema. Creemos que sabemos cómo se forman los agujeros negros: son los núcleos colapsados ​​de estrellas masivas. Y los agujeros negros supermasivos pueden tener miles de millones de veces la masa del Sol. Esto lleva tiempo y requiere grandes cantidades de materia. Entonces, ¿cómo diablos aparecieron todos estos cuásares tan temprano en la historia del Universo?

«Es notable que tan grandes objetos densos pudieran formarse tan pronto después del Big Bang», dijo el astrofísico Michael Strauss de la Universidad de Princeton. «Comprender cómo pueden formarse los agujeros negros en el Universo primitivo, y cuán comunes son, es un desafío para nuestros modelos cosmológicos». Sabíamos que había quásares en aquel entonces.

Una gran herramienta para los astrónomos

El más antiguo que hemos visto se remonta a unos 690 millones de años después del Big Bang, cuando el Universo tenía alrededor del cinco por ciento de su edad actual, y algunos otros también han sido vistos. Pero estos, aunque todavía son un rompecabezas, se pensaron que eran relativamente raros. Así que astrónomos de Japón, Taiwán y los Estados Unidos ampliaron la búsqueda, utilizando datos de la cámara Hyper Suprime-Cam montada en el telescopio Subaru en Hawai.

Con este instrumento, podrían buscar quásares mucho más débiles que los descubiertos anteriormente. El quásar más antiguo que encontraron estaba a 13.05 billones de años luz de distancia, buscando el segundo quásar más lejano que se haya encontrado. Se cree que el Universo tiene aproximadamente 13.8 mil millones de años, y las primeras estrellas, creemos, no aparecieron hasta unos 500 millones de años después del Big Bang, después de que el hidrógeno neutro del Universo temprano se reionizara.

Eso solo deja un par de cientos de millones de años para que se formen los quásares. La investigación de este equipo de astrónomos sugiere que estos objetos eran bastante abundantes en aquel entonces. Identificaron los quásares candidatos en los datos del HSC y luego realizaron una clasificación dedicada utilizando múltiples telescopios para obtener firmas de luz, o espectros, de estos objetos.

Una sopa que apenas entendemos

Estos espectros mostraron los 83 nuevos quásares en los últimos años. Junto con los 17 quásares conocidos anteriormente en la región de la clasificación, el equipo calculó que hay aproximadamente un quásar por cada año de luz cúbica-giga; es decir, cubo de espacio con mil millones de años luz por lado. Si bien eso es más de lo que se pensaba anteriormente, no es suficiente para otra hipótesis.

Justo después del Big Bang, el Universo era una especie de «sopa primordial» oscura y caliente a escala cósmica, que se expandía rápidamente. A medida que se expandía, se enfrió, haciendo que los protones y los neutrones comenzaran a combinarse en átomos de hidrógeno ionizados; Alrededor de 240,000 a 300,000 años después del Big Bang, estos átomos de hidrógeno atrajeron a los electrones y se unieron en hidrógeno neutro.

Pero no fue hasta que la gravedad comenzó a reunir las primeras estrellas y galaxias en este vacío turbio y lleno de hidrógeno que apareció la luz de las estrellas … y poco después, según las teorías actuales, el hidrógeno neutro fue excitado por la luz ultravioleta de estos estrellas recién nacidas, galaxias, quásares aún no detectados, o una combinación de los tres.

Comprendemos un poco más

Esto se llama la época de la reionización, y simplemente no sabemos cómo sucedió. Pero ahora sabemos, según esta investigación, que no había suficientes cuásares para ser los únicos responsables de este proceso. Los nuevos datos de población de quásares nos ayudarán a aprender más sobre la formación de agujeros negros supermasivos en el Universo temprano, y el equipo continuará la búsqueda para ver si pueden encontrar quásares que sean aún más antiguos.

Esto podría ayudar a los astrónomos a descubrir cuándo nacieron los primeros agujeros negros. «Los quásares que descubrimos serán un tema interesante para futuras observaciones de seguimiento con instalaciones actuales y futuras», dijo el astrónomo Yoshiki Matsuoka de la Universidad de Ehime en Japón. «También aprenderemos acerca de la formación y la evolución temprana de los agujeros negros supermasivos, al comparar la densidad numérica medida y la distribución de la luminosidad con las predicciones de los modelos teóricos».

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