La fuente de radio más lejana proporciona pistas sobre el universo temprano

Ilustración del lejano cuásar P172+18 y sus chorros de radio. / ESO/M. Kornmesser

A comienzos de este año se anunció el descubrimiento del cuásar más lejano y distante (J0313-1806), situado a unos 13.030 millones de años-luz de distancia. Ahora se acaba de descubrir otro ligeramente más próximo, pero con la particularidad de ser la fuente más lejana de chorros de radio conocida hasta la fecha. El hallazgo se publicará en The Astrophysical Journal.

El nuevo cuásar se llama P172+18 y su luz ha tardado 13.000 millones de años en llegar hasta nosotros, por lo que vemos cómo era cuando el universo tenía unos 780 millones de años, “y lo que tiene de especial es justamente su potente emisión en ondas de radio, que es la primera vez que se ven tan claramente durante esa época del universo”, explica a SINC uno de los autores principales del trabajo, Eduardo Bañados, del Instituto Max Planck de Astronomía, en Alemania.

Los cuásares o quásares ​(acrónimo de ‘fuente de radio cuasiestelar’, quasi-stellar radio source en inglés) son objetos muy brillantes que se encuentran en el centro de algunas galaxias y obtienen su energía de agujeros negros supermasivos. “Hay muchos misterios sobre la formación y evolución de estos agujeros negros: sabemos que existen pero aún no sabemos cómo se forman tan rápido, en menos de 700 millones de años tras el Big Bang”, apunta Bañados.

A medida que el agujero negro consume el gas circundante, la energía se libera, lo que facilita su detección. En el caso de P172+18, se alimenta gracias a un agujero negro unos 300 millones de veces más masivo que nuestro Sol, consumiendo gas a un ritmo impresionante.

Solo alrededor del 10 % de los cuásares –los denominados ‘radio-intensos’– tienen chorros, que brillan intensamente en frecuencias de radio. Su estudio puede proporcionar información importante sobre cómo crecieron los agujeros negros del universo temprano hasta alcanzar tamaños supermasivos de forma tan rápida después del Big Bang.

Relación agujero negro supermasivo – chorro de radio

“Para formar este chorro de radio se necesitan campos magnéticos muy fuertes que se deben crear cerca del agujero negro supermasivo, sin embargo, una de las preguntas abiertas es porque no todos estos agujeros forman chorros de radio. Probablemente hay otros factores (ambiente cercano, edad…) que proveen los ingredientes necesarios”, explica Bañados.

“Hay muchos misterios sobre la formación y evolución de estos agujeros negros supermasivos –continúa–. Algunas de las teorías sobre su formación requieren la existencia de chorros de radio, lo que ayuda al agujero negro a tragar material cerca de él mucho más rápido que si no los tuviera. Y es esto justamente lo que vemos en este objeto: su agujero negro está disfrutando un festín, y está creciendo a una de las tasas más rápidas observadas en cualquier agujero negro”.

Si este es un mecanismo común para el crecimiento de estos agujeros negros, entonces se deberían ver mucho más objetos como estos al observar el universo. “Hasta el momento, este es el cuásar con chorros de radio más lejano, pero yo creo que simplemente es porque no los hemos buscado exhaustivamente hasta ahora. Soy optimista de que encontraremos varios más, especialmente si este es un mecanismo importante para formar estos misteriosos objetos”, adelanta Bañados.

“Estos cuásares que vemos al principio del universo, son verdaderos monstruos –añade–. Son muy masivos y viven en las galaxias más masivas de su época también. Lo que se espera es que cuásares como P172+18 se formen en las partes más densas del universo primordial, y que terminarán como los centros de cúmulos de galaxias que vemos en el universo actual. Simulaciones teóricas apoyan este escenario, pero aún estamos intentando comprobar esto observacionalmente”.

Buscar una aguja en un pajar

“Descubrir estos objetos es como encontrar una aguja en un pajar, o aún más difícil”, subraya Bañados, que explica las etapas del descubrimiento de P172+18: “Primero lo seleccionamos como un candidato a radio-cuásar usando todas las base de datos públicas en ondas de radio, ópticas, e infrarrojas. Luego lo confirmamos como un cuásar y la fuente de radio más lejana con el Telescopio Magallanes del Observatorio Las Campanas, en Chile”.

Para obtener más datos sobre el nuevo cuásar, el astrónomo, junto a la investigadora Chiara Mazzucchelli del Observatorio Europeo Austral (ESO) y otros colaboradores, utilizaron el Very Large Array (EE UU), confirmando las propiedades de radio, “que mostraron algunas sorpresas, como una variación en su luminosidad por un factor 2 y la existencia de otra fuente de radio muy cercana al cuásar que no aparecía en datos tomados 20 años atrás”.

Para poder medir las propiedades del agujero negro (por ejemplo, su masa y la tasa de crecimiento), los autores obtuvieron imágenes en el infrarrojo cercano con el Nordic Optical Telescope situado en Canarias, así como espectros más profundos en el óptico con el Large Binocular Telescope en Arizona (EE UU) y en el infrarrojo cercano con el Very Large Telescope (VLT, ESO) en Chile y con uno de los telescopios Keck en Hawái.

Referencia:
Eduardo Bañados, Chiara Mazzucchelli et al. “The discovery of a highly accreting, radio-loud quasar at z=6.82”. The Astrophysical Journal, 2021.