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Astrónomos descubren un colosal Agujero Negro de 800 millones de masas solares


Los astrónomos acaban de descubrir el agujero negro más distante jamás visto antes en la historia, a 13 mil millones de años luz de distancia y es absolutamente masivo. Tiene 800 millones de masas solares con un desplazamiento al rojo de 7.5

Es el agujero negro más distante que se haya detectado, data desde cuando el Universo tenía sólo el 5 por ciento de su edad actual, alrededor de 690 millones de años después del Big Bang.

"Reunir toda esta masa en menos de 690 millones de años es un desafío enorme para las teorías del crecimiento súper masivo del agujero negro", dijo Eduardo Bañados, de la Universidad Carnegie Mellon, quien dirigió el estudio.

El agujero negro en cuestión, llamado J1342 + 0928, se encuentra en el centro de un disco súper brillante de gas en órbita en el centro de una galaxia, formando un objeto conocido como cuásar.

Se descubrió empleando los datos de tres encuestas de área extensa: datos de banda Z de la Encuesta Legacy DECam en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo en Chile; datos infrarrojos del Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA y el UKIRT Infrared Deep Sky Survey.



Los cuásares son los objetos más brillantes del Universo, y algunos emiten luz a miles de veces mayor que la de una gran galaxia.

Los agujeros negros no emiten luz, por supuesto. La luz es causada por el disco de acreción alrededor del agujero negro, el polvo y el gas se arremolina a velocidades tremendas, generando una fricción inmensa al ser tirada por la fuerza gravitatoria masiva del agujero negro en el centro.

A pesar de su gran brillo, todos los cuásares encontrados hasta la fecha están tan lejos que no se pueden ver a simple vista, solo se pueden observar con telescopios. Sin embargo, son herramientas realmente valiosas para estudiar el Universo primitivo, porque la luz puede analizarse para revelar información sobre el hidrógeno que ha recorrido en su viaje a la Tierra.

Y J1342 + 0928 es tan antiguo que puede revelar muchos misterios desconocidos sobre un punto crucial en la historia de nuestro Universo: la Época de la Reonización.

Justo después del Big Bang, el Universo era una especie de "sopa primordial" oscura y caliente a escala cósmica, en rápida expansión. A medida que se expandía, se enfriaba, provocando que protones y neutrones comenzaran a combinarse en átomos de hidrógeno ionizado; y, alrededor de 240,000-300,000 años después del Big Bang, estos átomos de hidrógeno atrajeron electrones, fusionándose en hidrógeno neutro. En este punto, la luz podría viajar libremente a través del Universo.

Pero no fue hasta que la gravedad comenzó a unir las primeras estrellas y galaxias en este oscuro vacío lleno de hidrógeno que apareció la luz de las estrellas, y poco después de que esto sucediera, de acuerdo con las teorías actuales, el hidrógeno neutro fue excitado por la luz ultravioleta de estas estrellas recién nacidas, galaxias, cuásares o una combinación de los tres.

Este efecto reionizó la mayor parte del hidrógeno del Universo, dividiéndolo en protones y electrones. Aproximadamente mil millones de años después del Big Bang, el proceso de reionización se completó.

Pero exactamente cuándo comenzó la Época de la Reionización, y los mecanismos detallados de la misma, son difíciles de determinar. "La reionización fue la última gran transición del Universo, y es una de las fronteras actuales de la astrofísica", dijo Bañados.



Aquí es donde entra el coloso J1342 + 0928. El análisis de su luz muestra que una proporción significativa del espacio a su alrededor sigue siendo hidrógeno neutro, 690,000 años después del Big Bang. Esto significa que la reionización puede haber ocurrido relativamente más tarde en la vida del Universo.

En la ilustración de arriba, podemos ver una representación esquemática de lo que podemos aprender de este nuevo cuásar descubierto: la observación se empleó utilizando uno de los telescopios de Magallanes, localizado abajo a la izquierda de la imagen, y nos permite reconstruir la información sobre la Época de reionización, representada en forma de burbujas en la parte superior derecha, y en el extremo superior derecho se representa el Big Bang. Básicamente, lo que ilustramos en la imagen es el nacimiento del universo, seguido de una época de oscuridad y frío, después el periodo de reionización, la formación de galaxias lejanas, la vía láctea y por último, en la parte inferior izquierda, estamos nosotros.

Pero J1342 + 0928 plantea un rompecabezas mayor. Es comparable en masa a los agujeros negros supermasivos que existen hoy en día, lo que significa que debe haber tenido una galaxia relativamente bien abastecida de estrellas para que el agujero negro se alimentara y llegará a tener un espectacular masa de 800 millones de masas solares. De acuerdo con nuestros modelos actuales de evolución galáctica, tanto el agujero negro como la galaxia que lo alimento, se formaron en muy poco tiempo.

El descubrimiento fue parte de una encuesta a largo plazo para encontrar cuásares en el Universo primigenio, y el equipo estima que entre 20 y 100 de los objetos tan brillantes y tan distantes como J1342 + 0928 se pueden encontrar agujeros negros, de esta misma estirpe, en toda la bóveda celeste. Al encontrar más de estos ‘fósiles cósmicos’, los astrónomos podrán recopilar datos estadísticos sobre el Universo primigenio y la Época de la reionización para más tarde poder elaborar un modelo de evolución galáctica que pueda explicarlos.

"Este es un descubrimiento muy emocionante, encontrado al recorrer la nueva generación de estudios sensibles utilizando el explorador de campo infrarrojo Wide-field de la NASA en órbita y telescopios terrestres en Chile y Hawai", dijo Daniel Stern de Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

"Con la construcción de varias instalaciones de próxima generación, incluso más sensibles, podemos esperar muchos descubrimientos emocionantes en el Universo temprano en los próximos años".

Referencia del documento científico:
Eduardo Bañados et al. Un agujero negro de 800 millones de masas solares en un universo significativamente neutral con un desplazamiento al rojo de 7,5. Publicado el 6 de diciembre de 2017. Nature volumen 553, páginas 473–476, DOI: 10.1038 / nature25180

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