Los astrónomos que utilizan una serie de telescopios terrestres y espaciales, incluido Gemini North en Hawái, han descubierto un gemelo cercano de cuásares energéticos, el sello distintivo de un par de galaxias fusionadas vistas cuando el universo tenía tres mil millones de años. . El descubrimiento arroja luz sobre la evolución de las galaxias durante el «mediodía cósmico», un período en la historia del universo en el que las galaxias experimentan estallidos de furiosa formación estelar. Esta fusión también marca un sistema a punto de convertirse en una galaxia elíptica gigante.
Las galaxias crecen fusionándose con otras galaxias, mezclando sus miles de millones de estrellas y desencadenando ráfagas de formación estelar energética, a menudo alimentando sus agujeros negros supermasivos centrales para crear cuásares luminosos que eclipsan a toda la galaxia. Algunas de estas fusiones eventualmente se convierten en galaxias elípticas masivas con agujeros negros miles de millones de veces más grandes que nuestro Sol. Aunque los astrónomos han observado fusiones de galaxias con más de un quásar en nuestro propio vecindario cósmico, los ejemplos distantes observados cuando el universo tenía solo una cuarta parte de su edad actual son extremadamente raros y difíciles de encontrar.
Usando una colección de observatorios terrestres y espaciales, incluido Gemini North, la mitad del Observatorio internacional Gemini operado por NOIRLab de NSF, un equipo de astrónomos ha descubierto un par de agujeros negros supermasivos estrechamente unidos que se alimentan activamente: cuásares. El descubrimiento es la primera detección de un par de agujeros negros supermasivos en el mismo espacio galáctico en el ‘mediodía cósmico’: la formación estelar frenética en un momento en que el universo tiene tres mil millones de años.
Si bien las dos galaxias todavía se consideran claramente entidades separadas, las observaciones anteriores han identificado estructuras similares en las primeras etapas de fusión. Pero estos nuevos resultados muestran que un par de cuásares arden tan juntos, a solo 10.000 años luz de distancia, que sus galaxias anfitrionas originales están en camino de convertirse en una galaxia elíptica gigante.
Buscar pares de agujeros negros supermasivos que estén muy cerca uno del otro en esta época temprana es como tratar de encontrar una aguja en un pajar. El desafío es que la mayoría de los pares de agujeros negros están demasiado cerca para distinguirlos individualmente. Para detectar definitivamente un sistema de este tipo, dos agujeros negros supermasivos tendrían que acumularse activamente y brillar como cuásares al mismo tiempo, condiciones extremadamente raras. Estadísticamente, por cada 100 agujeros negros supermasivos, solo uno debería fusionarse activamente en un momento dado.
Sin embargo, los astrónomos saben que el universo distante debe estar lleno de pares de agujeros negros supermasivos incrustados en galaxias en fusión. Los primeros indicios de un sistema de este tipo se encontraron en los datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA, que reveló dos puntos de luz estrechamente alineados en el universo distante.
Para verificar la autenticidad del sistema, el equipo buscó en la vasta base de datos del observatorio Gaia de la ESA y encontró un aparente «movimiento» en el sistema, que podría ser el resultado de cambios periódicos en el proceso de alimentación del agujero negro.
El equipo utilizó el espectrógrafo de objetos múltiples Gemini (GMOS) y GNIRS en Gemini North, lo que proporcionó al equipo mediciones independientes de la distancia a los cuásares y confirmó que los dos objetos eran dos cuásares en lugar de una alineación fortuita de un cuásar. Con estrella al frente. Laboratorio WM Keck, Carl G. Estudios adicionales con Jansky Very Large Array y el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ayudaron a confirmar estas observaciones.
«El proceso de confirmación no es fácil y requiere una serie de telescopios que cubran el espectro desde los rayos X hasta la radio para confirmar que el sistema es en realidad un par de cuásares y, en cambio, dos imágenes de un cuásar con lentes gravitacionales». dijo el coautor Yu Shen, astrónomo de la Universidad de Illinois.
«No vemos muchos cuásares binarios en esta época temprana. Es por eso que este descubrimiento es tan emocionante. Aprender sobre la población progenitora de los agujeros negros puede informarnos sobre el origen de los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo y con qué frecuencia esos podrían haberse producido fusiones. dijo Yu-Ching Chen, estudiante de posgrado de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y autora principal del estudio, publicado en la revista Nature.
Nota de diario
- Chen, YC., Liu, X., Ford, A. y muchos otros. Un par de cuásares cercanos en una fusión de galaxias disco-disco en z = 2.17. Naturaleza 616, 45–49 (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05766-6
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