Utilizando los observatorios Gemini y Cerro Tololo, un equipo internacional de astrónomos acaba de descubrir el cuásar más masivo encontrado hasta ahora en el Universo primitivo, con un agujero negro en su interior cuya masa equivale a la de 1.500 millones de soles. Los cuásares son los objetos más enérgicos del Universo, y desde su descubrimiento, a finales de la pasada década de los 50, astrónomos y cosmólogos han tratado de averiguar cuándo aparecieron por primera vez en nuestra historia cósmica.
El nuevo cuásar es el segundo más lejano encontrado hasta ahora, a más de 13.000 millones de años luz de distancia de la Tierra, pero su tremenda masa duplica a la del único otro cuásar hallado en la misma época, apenas 700 millones de años después del Big Bang, El hallazgo, que ha sido posible después de una década de observaciones, desafía las teorías actuales de formación y crecimiento de agujeros negros supermasivos y galaxias en el Universo temprano.
El Observatorio Gemini está integrado por dos telescopios gemelos de 8,1 metros, ubicados en los dos hemisferios de la Tierra. Uno, el Telescopio Norte, está en el volcán inactivo Mauna Kea, en Hawai, y el otro, el Telescopio Sur, se encuentra en Cerro Pachón, en Chile. Juntos, los dos telescopios consiguen cubrir todo el cielo en ambos hemisferios durante todo el año. El Observatorio Interamericano de Cerro Tololo, por su parte, consta de cinco telescopios y se encuentra a poca distancia del telescopio Gemini Sur, en Chile.
En honor a su descubrimiento gracias a un telescopio en Maunakea, una montaña venerada por la cultura hawaiana, el cuásar recibió el nombre indígena de Pōniuāʻena, que significa «fuente giratoria invisible de creación, rodeada de brillantez». Es el primer cuásar en recibir un nombre hawaiano.
Un monstruo nacido cerca del Big Bang
Según la teoría actual, los cuásares están «alimentados» por agujeros negros supermasivos. A medida que los agujeros negros engullen la materia circundante, como polvo, gas o incluso estrellas enteras, emiten enormes cantidades de energía, y un brillo que llega a eclipsar al de galaxias enteras. Y Pōniuāʻena es uno de los dos más lejanos descubiertos hasta ahora. Según el estudio que aparecerá próximamente en Astrophysical Journal Letters y que ya está disponible en el servidor de prepublicaciones ArXiv, la luz de este cuásar tardó exactamente 13.020 millones de años en cubrir la distancia que lo separa de nuestro planeta y de los telescopios que lo han observado. Lo que significa que Pōniuāʻena ya existía apenas 700 millones de años después del Big Bang, una época tan remota que a la Tierra y al Sol le faltaban aún cerca de 8.000 millones de años para empezar a formarse.
«Es el primer monstruo de este tipo que conocemos -explica Jinyi Yang, investigador del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y autor principal del estudio-. Y no sabemos cómo ha tenido el tiempo suficiente para pasar de ser un pequeño agujero negro (como dice la teoría) a tener el enorme tamaño que hemos observado».
En efecto, la delicada cuestión de cómo puede llegar a existir un agujero negro tan enorme cuando el Universo entero estaba aún en su infancia es algo que atormenta a los astrónomos desde hace mucho tiempo. Según Xiaohui Fan, coautor de la investigación, «el descubrimiento supone el mayor de los desafíos para la actual teoría de la formación y crecimiento de agujeros negros en el Universo temprano». De hecho, resulta difícil seguir pensando que un agujero negro del tamaño del de Pōniuāʻena pueda haber evolucionado a partir del colapso de una sola estrella en tan poco tiempo desde el Big Bang.
La semilla de un agujero negro
Según los autores, debería considerarse más bien otra posible explicación: que el cuásar comenzara su existencia como una «semilla» de agujero negro, una que ya tuviera por lo menos 10.000 masas solares apenas unas decenas de millones de años después del Big Bang.
Pōniuāʻena fue descubierto a través de una búsqueda sistemática de casi diez años de los cuásares más distantes. El equipo descubrió un posible cuásar en los datos y, en 2019, lo observó por fin con varios telescopios.
«Las observaciones con Gemini -explica Feige Wang, otro de los autores del trabajo- resultaron críticas para obtener los espectros de infrarrojo cercano de alta calidad que nos dieron la asombrosa masa del agujero negro«.
El hallazgo de un cuásar en los albores de la creación ha proporcionado a los investigadores una rara visión de una época en la que el Universo era muy joven y completamente distinto del actual. Las teorías vigentes sugieren que, poco después del Big Bang, los átomos estaban aún demasiado calientes como para interactuar entre sí, unirse y empezar a formar estrellas y galaxias, que no surgieron hasta unos 400 millones de años después de la gran explosión, en la llamada «Época de Reionización».
Comprender el nacimiento de galaxias masivas
Por eso, el descubrimiento de cuásares como Pōniuāʻena justo en ese momento es un paso de extrema importancia para comprender cómo surgieron las primeras galaxias masivas. Pōniuāʻena ha impuesto nuevas e importantes restricciones a la evolución de la materia en aquella época lejana.
«Parece que este cuásar -explica Fan- existió justo en el punto medio de la época de Reionización, y el hecho de que podamos observar objetos como este nos ayudará a comprender lo que pasó».
Ya en 2018, el mismo equipo anunció el descubrimiento del que sigue siendo el cuásar más distante encontrado hasta ahora, pero su masa es prácticamente la mitad que la de Pōniuāʻena. Designado como J1342 + 0928, ese objeto es, además, solo dos millones de años más viejo (y lejano) que Pōniuāʻena, una diferencia que según Fan, que participó en ambos descubrimientos, resulta bastante insignificante para los estándares cósmicos, .
«Dos millones de años luz entre 13.000 millones -concluye Fan- lo convierte en algo bastante cercano a un empate».
