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El cuásar, llamado J0313-1806, se ve como era cuando el Universo tenía solo 670 millones de años y está proporcionando a los astrónomos información valiosa sobre cómo se formaron las galaxias masivas-y los agujeros negros supermasivos en sus núcleos-en el Universo temprano. Los científicos presentaron sus hallazgos a la reunión de la Sociedad Astronómica Americana, que ahora está en marcha virtualmente, y en un documento aceptado para el Astrophysical Journal Letters.
El nuevo discovery supera el récord de distancia anterior para un cuásar establecido hace tres años. Observaciones con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile confirmaron la medición de distancia a alta precisión.
Los cuásares ocurren cuando la poderosa gravedad de un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia atrae material circundante que forma un disco orbital de material sobrecalentado alrededor del agujero negro. El proceso libera enormes cantidades de energía, haciendo que el cuásar sea extremadamente brillante, a menudo eclipsando al resto de la galaxia.
El agujero negro en el núcleo de J0313 – 1806 es el doble de masivo que el del poseedor del récord anterior y ese hecho proporciona a los astrónomos una pista valiosa sobre tales agujeros negros y su efecto en sus galaxias anfitrionas.
» Esta es la evidencia más temprana de cómo un agujero negro supermasivo está afectando a la galaxia que lo rodea», dijo Feige Wang, becaria del Hubble en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y líder del equipo de investigación. «A partir de observaciones de galaxias menos distantes, sabemos que esto tiene que suceder, pero nunca hemos visto que suceda tan temprano en el Universo.»
La enorme masa del agujero negro de J0313-1806 en un momento tan temprano en la historia del Universo descarta dos modelos teóricos de cómo se formaron tales objetos, dijeron los astrónomos. En el primero de estos modelos, las estrellas masivas individuales explotan como supernovas y colapsan en agujeros negros que luego se fusionan en agujeros negros más grandes. En el segundo, densos cúmulos de estrellas colapsan en un agujero negro masivo. En ambos casos, sin embargo, el proceso toma demasiado tiempo para producir un agujero negro tan masivo como el de J0313-1806 para la edad en la que lo vemos.
«Esto te dice que no importa lo que hagas, la semilla de este agujero negro debe haberse formado por un mecanismo diferente», dijo Xiaohui Fan, también de la Universidad de Arizona. «En este caso, es un mecanismo que involucra grandes cantidades de gas hidrógeno frío primordial que colapsa directamente en un agujero negro de semillas.»
Las observaciones de ALMA de J0313-1806 proporcionaron detalles tentadores sobre la galaxia huésped del cuásar, que está formando nuevas estrellas a una velocidad 200 veces mayor que la de nuestra Vía Láctea. «Esta es una tasa de formación estelar relativamente alta en galaxias de edad similar, e indica que la galaxia huésped del cuásar está creciendo muy rápido», dijo Jinyi Yang, el segundo autor del informe, que es becario Peter A. Strittmatter en la Universidad de Arizona.
El brillo del cuásar indica que el agujero negro está tragando el equivalente a 25 Soles cada año. La energía liberada por esa alimentación rápida, dijeron los astrónomos, probablemente esté alimentando un poderoso flujo de salida de gas ionizado que se ve moviéndose a aproximadamente el 20 por ciento de la velocidad de la luz.
Se cree que tales salidas son lo que en última instancia detiene la formación de estrellas en la galaxia.
«Creemos que esos agujeros negros supermasivos fueron la razón por la que muchas de las grandes galaxias dejaron de formar estrellas en algún momento», dijo Fan. «Observamos este’ enfriamiento ‘ en tiempos posteriores, pero hasta ahora, no sabíamos cuán temprano comenzó este proceso en la historia del Universo. Este cuásar es la evidencia más temprana de que el enfriamiento pudo haber ocurrido en tiempos muy tempranos.»
Este proceso también dejará al agujero negro sin nada que comer y detendrá su crecimiento, señaló Fan.
Además de ALMA, los astrónomos utilizaron el telescopio Magallanes Baade de 6,5 metros, el telescopio Gemini Norte y el Observatorio W. M. Keck en Hawái, y el telescopio Gemini Sur en Chile.
Los astrónomos planean continuar estudiando el J0313 – 1806 y otros cuásares con telescopios terrestres y espaciales.
El Observatorio Radioastronómico Nacional es una instalación de la Fundación Nacional de Ciencias, operada bajo un acuerdo de cooperación de Associated Universities, Inc.