Gairebé totes les galàxies acullen un monstre al centre: un forat negre supermassiu de milions a mil milions de vegades la mida del Sol. Tot i que encara hi ha molt per aprendre sobre aquests objectes, molts científics creuen que són crucials per a la formació i l’estructura de les galàxies. A més, alguns d’aquests forats negres són particularment actius, donant lloc a estrelles, pols i gas en discos d’acreció brillants que emeten una potent radiació al cosmos mentre consumeixen matèria al seu voltant. Aquests objectes anomenats com “quàsars” són alguns dels objectes més llunyans que poden veure els astrònoms i ara hi ha un nou registre dels més llunyans observats mai.
Un equip de científics, dirigit per l’ex estudiant postdoctoral de la Santa Bàrbara Feige Wang i inclòs el professor Joe Hennawi i l’actual postdoctor Riccardo Nanni, va anunciar el descobriment de J0313-1806, el quàsar més llunyà descobert fins ara. Vist com hauria aparegut fa més de 13.000 milions d’anys, aquest quàsar llunyà completament format també és el primer que s’ha descobert fins ara, que proporciona als astrònoms una visió de la formació de galàxies massives a l’univers primerenc. Les troballes de l’equip es van publicar a la reunió de l’American Astronomical Society de gener de 2021 i es van publicar a Astrophysical Journal Letters.
Els quasars són els objectes més energètics de l’univers. Es produeixen quan el gas del disc d’acreció sobreescalfat al voltant d’un forat negre supermassiu s’extreu inexorablement cap a l’interior, llançant energia a l’espectre electromagnètic. Això allibera enormes quantitats de radiació electromagnètica, amb els exemples més massius que brillen fàcilment com a galàxies senceres.
El quasar J0313-1806 es troba a 13.000 milions d’anys llum de distància i es va formar només 690 milions d’anys després del Big Bang. És alimentat pel primer forat negre supermassiu conegut que, malgrat la seva formació primerenca, encara pesa més de 1.600 milions de vegades la massa del Sol. De fet, J0313-1806 supera la moderna Via Làctia per un factor de 1.000.
Els quàsars més llunyans són crucials per entendre com es van formar els primers forats negres i per comprendre la reionització còsmica, l’última gran fase de transició del nostre univers
La presència d’un forat negre tan massiu tan aviat en la història de l’univers desafia les teories de la formació de forats negres. Segons explica l’autor principal Wang, ara membre de la NASA Hubble a la Universitat d’Arizona: “Els forats negres creats per les primeres estrelles massives no haurien pogut créixer tan grans en pocs centenars de milions d’anys”.
El caràcter crucial per a la caracterització del nou quàsar va ser un espectre d’alta qualitat obtingut a l’Observatori WM Keck.
A més de pesar el forat negre del monstre, les observacions de l’Observatori Keck van descobrir una sortida excepcionalment ràpida que emanava del quàsar en forma de vent d’alta velocitat que viatjava al 20% de la velocitat de la llum. “L’energia alliberada per una sortida tan extrema d’alta velocitat és prou gran com per afectar la formació estel·lar a tota la galàxia hoste del quàsar”, va dir Jinyi Yang, de l’Observatori Steward de la Universitat d’Arizona.
La primera galàxia que acull el quàsar està experimentant un augment de la formació d’estrelles, produint noves estrelles 200 vegades més ràpid que la Via Làctia actual. El sistema és el primer exemple conegut d’un quàsar que esculpeix el creixement de la seva galàxia hoste. La combinació d’aquesta intensa formació estel·lar, el quàsar lluminós i el flux de sortida d’alta velocitat converteixen J0313-1806 i la seva galàxia hoste en un laboratori natural prometedor per entendre el creixement dels forats negres supermassius i les seves galàxies hostes a l’univers primerenc.
Trobar aquests quàsars llunyans requereix un treball increïblement minuciós, ja que són com agulles en un paller. Els astrònoms extrauen imatges digitals de milers de milions d’objectes celestes per trobar candidats prometedors de quàsar. “La taxa actual d’èxit per trobar aquests objectes és al voltant de l’1%”, va remarcar Hennawi.
Hennawi, Wang i Nanni estan desenvolupant eines d’aprenentatge automàtic per analitzar aquestes dades i fer més eficaç el procés de cerca de quasars distants. “En els propers anys, el satèl·lit Euclid de l’Agència Espacial Europea i el Telescopi Espacial James Webb de la NASA ens permetran trobar potser un centenar de quàsars a aquesta distància o més lluny”, va dir Hennawi. “Amb una gran mostra estadística d’aquests objectes, podrem construir una línia temporal precisa de l’època de la reionització, així com donar més llum sobre com es van formar aquests forats negres massius”.
Més informació: Feige Wang et al. A Luminous Quasar at Redshift 7.642, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/abd8c6