Un equipo de astrónomos, incluidos dos del MIT, ha detectado el agujero negro supermasivo más distante jamás observado. El agujero negro se encuentra en el centro de un cuásar ultrabrillante, cuya luz se emitió solo 690 millones de años después del Big Bang.Esa luz ha tardado unos 13 mil millones de años en llegar a nosotros, un lapso de tiempo que es casi igual a la edad del universo.
Se calcula que el agujero negro es aproximadamente 800 millones de veces más grande que nuestro sol: un Goliat según los estándares modernos y una anomalía relativa en el universo primitivo.
"Este es el único objeto que hemos observado en esta época", dice Robert Simcoe, profesor de física Francis L. Friedman en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT. "Tiene una masa extremadamente alta y, sin embargo, el universoes tan joven que esto no debería existir. El universo simplemente no era lo suficientemente viejo como para hacer un agujero negro tan grande. Es muy desconcertante ".
A la intriga del agujero negro se suma el entorno en el que se formó: los científicos han deducido que el agujero negro tomó forma justo cuando el universo experimentaba un cambio fundamental, de un entorno opaco dominado por hidrógeno neutro a uno en el que el primerolas estrellas comenzaron a parpadear. A medida que se formaron más estrellas y galaxias, finalmente generaron suficiente radiación para voltear el hidrógeno desde neutral, un estado en el que los electrones de hidrógeno están unidos a su núcleo, a ionizados, en los que los electrones se liberan para recombinarse al azarEste cambio de hidrógeno neutro a ionizado representó un cambio fundamental en el universo que ha persistido hasta nuestros días.
El equipo cree que el agujero negro recién descubierto existía en un entorno que era aproximadamente medio neutro, medio ionizado.
"Lo que hemos encontrado es que el universo tenía aproximadamente 50/50, es un momento en que las primeras galaxias emergieron de sus capullos de gas neutro y comenzaron a brillar", dice Simcoe. "Esta es la más precisamedición de ese tiempo y una indicación real de cuándo se encendieron las primeras estrellas "
Simcoe y postdoc Monica L. Turner son coautores del MIT de un artículo que detalla los resultados, publicado hoy en la revista Naturaleza . Los otros autores principales son de la Carnegie Institution for Science, en Pasadena, California.
Un turno, a alta velocidad
El agujero negro fue detectado por Eduardo Bañados, un astrónomo de Carnegie, que encontró el objeto mientras examinaba múltiples levantamientos de todo el cielo o mapas del universo distante. Bañados estaba buscando en particular quásares, algunos de los objetos más brillantesen el universo, que consiste en un agujero negro supermasivo rodeado de discos de materia que se arremolinan y se arremolinan.
Después de identificar varios objetos de interés, Bañados se enfocó en ellos usando un instrumento conocido como FIRE el Echellette infrarrojo de puerto plegado, que fue construido por Simcoe y opera en los telescopios Magellan de 6.5 metros de diámetro en Chile.un espectrómetro que clasifica los objetos en función de sus espectros infrarrojos. La luz de los primeros objetos cósmicos muy lejanos se desplaza hacia longitudes de onda más rojas en su viaje a través del universo, a medida que el universo se expande. Los astrónomos se refieren a este fenómeno tipo Doppler como "desplazamiento al rojo";cuanto más distante es un objeto, más se ha desplazado su luz hacia el extremo rojo o infrarrojo del espectro. Cuanto más alto es el desplazamiento al rojo de un objeto, más lejos está, tanto en el espacio como en el tiempo.
Usando FUEGO, el equipo identificó uno de los objetos de Bañados como un quásar con un desplazamiento al rojo de 7.5, lo que significa que el objeto emitía luz alrededor de 690 millones de años después del Big Bang. En base al desplazamiento al rojo del cuásar, los investigadores calcularon la masa delagujero negro en su centro y determinó que es alrededor de 800 millones de veces la masa del sol.
"Algo está causando que el gas dentro del cuásar se mueva a una velocidad muy alta, y el único fenómeno que sabemos que alcanza tales velocidades es orbitar alrededor de un agujero negro supermasivo", dice Simcoe.
cuando se encienden las primeras estrellas
El nuevo cuásar identificado parece habitar un momento crucial en la historia del universo. Inmediatamente después del Big Bang, el universo se parecía a una sopa cósmica de partículas calientes y extremadamente enérgicas. A medida que el universo se expandía rápidamente, estas partículas se enfriaron y se unieron en hidrógeno neutrogas durante una era que a veces se conoce como la edad oscura, un período privado de cualquier fuente de luz. Eventualmente, la gravedad condensa la materia en las primeras estrellas y galaxias, que a su vez producen luz en forma de fotones.activados en todo el universo, sus fotones reaccionaron con hidrógeno neutro, ionizando el gas y activando lo que se conoce como la época de la reionización.
Simcoe, Bañados y sus colegas creen que el cuásar recién descubierto existió durante esta transición fundamental, justo en el momento en que el universo estaba experimentando un cambio drástico en su elemento más abundante.
Los investigadores utilizaron FUEGO para determinar que una gran fracción del hidrógeno que rodea el cuásar es neutral. Se extrapolaron a partir de eso para estimar que el universo en su conjunto probablemente era medio neutro y medio ionizado en el momento en que observaron el cuásar.esto, infirieron que las estrellas deben haber comenzado a encenderse durante este tiempo, 690 millones de años después del Big Bang.
"Esto se suma a nuestra comprensión de nuestro universo en general porque hemos identificado ese momento en el que el universo está en medio de esta transición muy rápida de neutral a ionizado", dice Simcoe. "Ahora tenemos el más precisomediciones hasta la fecha de cuando se encendieron las primeras estrellas "
Hay un gran misterio que queda por resolver: ¿cómo se formó un agujero negro de proporciones masivas tan temprano en la historia del universo? Se cree que los agujeros negros crecen acumulando o absorbiendo masa del entorno circundante. Negro extremadamente grandeLos agujeros, como el identificado por Simcoe y sus colegas, deberían formarse durante períodos mucho más largos que 690 millones de años.
"Si comienzas con una semilla como una gran estrella, y la dejas crecer al máximo ritmo posible, y comienzas en el momento del Big Bang, nunca podrías hacer algo con 800 millones de masas solares; no es realista"Simcoe dice: "Por lo tanto, debe haber otra forma en que se formó. Y cómo exactamente eso sucede, nadie lo sabe".
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la National Science Foundation NSF, con el apoyo de la construcción de FIRE de NSF y de Curtis y Kathleen Marble.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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