Los cuásares son los objetos más luminosos del universo y se alimentan de material que se acumula en agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias.
Los estudios han demostrado que los cuásares del universo primitivo tienen agujeros negros tan masivos que deben haber estado tragando gas a tasas muy altas, lo que lleva a la mayoría de los astrónomos a creer que estos cuásares se formaron en algunos de los entornos más densos del universo, donde el gas estaba más disponible. Sin embargo, las mediciones observacionales que buscan confirmar esta conclusión hasta ahora han arrojado resultados contradictorios.
Ahora, un nuevo estudio que utiliza la Cámara de Energía Oscura (DECam) señala el camino tanto para una explicación de estas observaciones dispares como también un marco lógico para conectar la observación con la teoría. El estudio fue publicado en Astronomy & Astrophysics.
DECam fue fabricada por el Departamento de Energía y está montada en el Telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos en el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo en Chile, un Programa de NSF NOIRLab.
El estudio fue dirigido por Trystan Lambert, quien completó este trabajo como estudiante de doctorado en el Instituto de Estudios Astrofísicos de la Universidad Diego Portales en Chile y ahora es un posdoctorado en el nodo de la Universidad de Australia Occidental en el Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía (ICRAR).
Utilizando el enorme campo de visión de DECam, el equipo realizó la mayor búsqueda de área en el cielo jamás realizada alrededor de un cuásar del universo temprano en un esfuerzo por medir la densidad de su entorno contando el número de galaxias compañeras circundantes.
Para su investigación, el equipo necesitaba un cuásar con una distancia bien definida. Afortunadamente, el cuásar VIK 2348–3054 tiene una distancia conocida, determinada por observaciones previas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), y el campo de visión de tres grados cuadrados de DECam proporcionó una visión expansiva de su vecindario cósmico.
Casualmente, DECam también está equipado con un filtro de banda estrecha perfectamente adaptado para detectar sus galaxias compañeras. «Este estudio del cuásar fue realmente la tormenta perfecta», dice Lambert.
«Teníamos un cuásar con una distancia bien conocida, y DECam en el telescopio Blanco ofrecía el enorme campo de visión y el filtro exacto que necesitábamos».
El filtro especializado de DECam permitió al equipo contar la cantidad de galaxias compañeras alrededor del cuásar al detectar un tipo muy específico de luz que emiten, conocida como radiación Lyman-alfa. La radiación Lyman-alfa es una firma energética específica del hidrógeno, que se produce cuando se ioniza y luego se recombina durante el proceso de formación de estrellas.
Los emisores Lyman-alfa son típicamente galaxias más jóvenes y pequeñas, y su emisión Lyman-alfa puede usarse como una forma de medir de manera confiable sus distancias. Las mediciones de distancia para múltiples emisores Lyman-alfa pueden usarse luego para construir un mapa 3D del vecindario de un cuásar.
Después de mapear sistemáticamente la región del espacio alrededor del cuásar VIK J2348-3054, Lambert y su equipo encontraron 38 galaxias compañeras en el entorno más amplio alrededor del cuásar (hasta una distancia de 60 millones de años luz), lo que es consistente con lo que se espera de los cuásares que residen en regiones densas. Sin embargo, se sorprendieron al descubrir que a menos de 15 millones de años luz del cuásar, no había ninguna compañera.
Este hallazgo arroja luz sobre la realidad de estudios anteriores destinados a clasificar los entornos de cuásares del universo temprano y propone una posible explicación de por qué han producido resultados contradictorios. Ningún otro estudio de este tipo ha utilizado un área de búsqueda tan grande como la proporcionada por DECam, por lo que para búsquedas de áreas más pequeñas, el entorno de un cuásar puede parecer engañosamente vacío.
«La visión extremadamente amplia de DECam es necesaria para estudiar los vecindarios de cuásares a fondo. Realmente hay que abrirse a un área más grande», dice Lambert. «Esto sugiere una explicación razonable de por qué las observaciones anteriores están en conflicto entre sí».
El equipo también sugiere una explicación para la falta de galaxias compañeras en las inmediaciones del cuásar. Postulan que la intensidad de la radiación del cuásar puede ser lo suficientemente grande como para afectar, o potencialmente detener, la formación de estrellas en estas galaxias, volviéndolas invisibles a nuestras observaciones.
«Algunos cuásares no son vecinos tranquilos», dice Lambert. «Las estrellas en las galaxias se forman a partir de gas que es lo suficientemente frío como para colapsar bajo su propia gravedad. Los cuásares luminosos pueden ser potencialmente tan brillantes como para iluminar este gas en las galaxias cercanas y calentarlo, impidiendo este colapso».
El equipo de Lambert está actualmente realizando observaciones adicionales para obtener espectros y confirmar la supresión de la formación de estrellas. También planean observar otros cuásares para construir un tamaño de muestra más sólido.
«Estos hallazgos muestran el valor de la asociación productiva de la Fundación Nacional de Ciencias con el Departamento de Energía», dice Chris Davis, director del programa de la NSF para NSF NOIRLab.
«Esperamos que la productividad se incremente enormemente con el próximo Observatorio Vera C. Rubin de la NSF-DOE, una instalación de última generación que revelará aún más sobre el universo primitivo y estos objetos extraordinarios».
Con información de Astronomy & Astrophysics
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