El universo se ha estado expandiendo desde el primer momento después del Big Bang. Esto significa que el universo primitivo era mucho más pequeño y que las galaxias primitivas tenían más probabilidades de encontrarse y fusionarse. Las fusiones galácticas forman cuásares: núcleos galácticos extremadamente luminosos donde el gas y el polvo colapsan en un agujero negro supermasivo central y emiten grandes cantidades de luz. Entonces, al observar el universo primitivo, los astrónomos esperarían encontrar varios pares de quásares muy juntos a medida que sus galaxias anfitrionas experimentaban fusiones. Sin embargo, le sorprendió que todavía no se hubiera encontrado ninguno.
Con la ayuda del Telescopio Gemini Norte, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y operado por NSF NOIRLab, un equipo de astrónomos ha observado solo un par de quásares visibles durante 900 millones de años. sido descubierto. No sólo es el par de quásares fusionados más distante desde el Big Bang, sino que también es el primer par confirmado en el período de la historia del universo conocido como el Amanecer Cósmico.
El Amanecer Cósmico se extiende desde unos 50 millones de años hasta mil millones de años después del Big Bang. Durante este periodo comenzaron a aparecer las primeras estrellas y galaxias, llenando de luz por primera vez el oscuro universo. La llegada de las primeras estrellas y galaxias marcó el comienzo de una nueva era en la formación del universo conocida como época de reionización.
La época de Reionización, que ocurrió dentro del Amanecer Cósmico, fue un período de cambio cósmico. A partir de unos 400 millones de años después del Big Bang, la luz ultravioleta de las primeras estrellas, galaxias y quásares se propaga por todo el universo, interactuando con el medio del espacio y despojando a los átomos de hidrógeno primordiales del universo de sus electrones en un proceso llamado ionización. . La época de la reionización fue un período importante en la historia del universo que marcó el final de las edades oscuras cósmicas y dio lugar a las estructuras masivas que observamos hoy en nuestro universo local.
Para comprender el papel exacto que desempeñaron los quásares durante la época de reionización, los astrónomos están interesados en encontrar y estudiar los quásares que poblaron esta época temprana y distante. “Las propiedades estadísticas de los quásares durante el período de reionización nos dicen muchas cosas, como el progreso y el origen de la reionización, la formación de agujeros negros masivos durante el amanecer cósmico y la evolución temprana de las galaxias anfitrionas de los quásares”, dijo Yoshiaki Yoshiki. Dijo Matsuoka. , astrónomo de la Universidad de Ehime en Japón y autor principal de un artículo que describe los hallazgos, publicado en Astrophysical Journal Letters.
En la época de reionización se han descubierto unos 300 cuásares, pero ninguno de ellos ha sido encontrado en pareja. Eso fue hasta que Matsuoka y su equipo estaban revisando imágenes tomadas con Hyper Supreme-Cam en el Telescopio Subaru y una tenue mancha roja llamó su atención. “Mientras examinaba imágenes de candidatos a cuásares noté dos fuentes muy similares y extremadamente rojas”, dijo Matsuoka. “El descubrimiento fue puramente fortuito”.
El equipo no estaba seguro de que fuera un par de cuásares porque los candidatos a quásares distantes están contaminados por otras fuentes, como estrellas y galaxias en primer plano y efectos de lentes gravitacionales. Para confirmar la naturaleza de estos objetos, el equipo realizó una espectroscopía de seguimiento utilizando la cámara y espectrógrafo de objetos fantasma (FOCAS) en el telescopio Subaru y el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS) en Gemini North. Los espectros obtenidos con GNIRS, que descomponen la luz emitida por una fuente en sus longitudes de onda componentes, fueron cruciales para caracterizar la naturaleza de los pares de cuásares y sus galaxias anfitrionas.
“Lo que aprendimos de las observaciones del GNIRS fue que los quásares son débiles para su detección en el infrarrojo cercano, incluso con uno de los telescopios más grandes de la Tierra”, dijo Matsuoka. Esto permitió al equipo inferir que una fracción de la luz en el rango de longitud de onda óptica no proviene de los quásares en sí, sino de la formación estelar en curso en sus galaxias anfitrionas. El equipo también descubrió que los dos agujeros negros son Whippers, cada uno de 100 millones de veces la masa del Sol. Esto, junto con la presencia de un puente de gas que se extiende entre los dos quásares, sugiere que ellos y sus galaxias anfitrionas están experimentando fusiones masivas (1).
“La fusión de cuásares en la época de reionización se predijo desde hace mucho tiempo. Ahora se ha confirmado por primera vez”, afirma Matsuoka (2).
La época de la reionización vincula la formación inicial de la estructura cósmica con el complejo universo que observamos miles de millones de años después. Al estudiar objetos tan lejanos, los astrónomos obtienen información valiosa sobre el proceso mediante el cual se formaron los primeros objetos del universo. Se podrían hacer más descubrimientos de este tipo con el Legacy Survey of Space and Time (LSST), de décadas de duración, del Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE, que se lanzará en 2025 y que utilizará sus capacidades de imágenes profundas para capturar millones de quásares listos para detectar.
Notas
(1) Un artículo complementario aceptado para su publicación en AAS Journals presenta un análisis más detallado de los pares de cuásares, utilizando observaciones tomadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) entre ellos y sus galaxias anfitrionas.
(2) Los candidatos existen, pero es difícil distinguirlos de imágenes posiblemente obtenidas mediante lentes gravitacionales de un solo cuásar. También hay algunos candidatos a ser núcleos galácticos activos binarios incrustados en épocas individuales de galaxias de reionización, pero tienen una luminosidad (actividad de agujero negro) mucho menor que los cuásares y son dos componentes dentro de una galaxia, lo que aquí difiere de los criterios indicados. .
