El descubrimiento de nuevos quásares nos acerca a la creación del universo

Todo partió de una de las cuestiones más fundamentales de la cosmología, ¿cómo formaron y reionizaron el universo las primeras fuentes luminosas?

Tras cinco años de trabajo y gracias a estudios exhaustivos del cielo, el proyecto COSMIC-DAWN (The Emergence of Black Holes and Galaxies in the Universe) dio un paso importante hacia la resolución de esta duda y, en consecuencia, hacia la comprensión de cómo pasó el universo desde la «edad oscura» a su estado tal y como lo conocemos. La identificación de más de cincuenta quásares de los más lejanos conocidos hasta la fecha junto con un progreso importante en la caracterización de las propiedades físicas de las primeras galaxias hacen que este proyecto tenga un valor incalculable para la comunidad científica.

¿Qué importancia reviste comprender los quásares y las galaxias de las primeras épocas?

Dr. Fabian Walter: El descubrimiento y el estudio de quásares de los comienzos del universo nos permiten extraer información importante sobre la formación de los primeros agujeros negros supermasivos y sus correspondientes galaxias. Ahora somos capaces de detectar quásares de edades de cuando el universo solo tenía 750 millones de años, esto es, una vigésima parte de su edad actual. Aun así, descubrimos agujeros negros supermasivos con masas superiores a 1 000 millones de masas solares. Estas masas son comparables a las de los agujeros más masivos del universo cercano. Esto implica la existencia de limitaciones importantes en la formación rápida de agujeros negros supermasivos, dado el poco tiempo que se posee para que se forme este tipo de estructuras. Del mismo modo, los agujeros negros supermasivos de acreción residen en reservas de gas con un importante componente de enriquecimiento químico. Este enriquecimiento solo encuentra explicación en una generación anterior en la que se formaron estrellas masivas. Esta explicación también implica la existencia de limitaciones importantes para la formación estelar en las primeras galaxias masivas del universo.

¿En qué se diferencia este proyecto de otros intentos anteriores dedicados recopilar estos conocimientos?

Estos quásares son extremadamente raros y por tanto es necesario contar con estudios del cielo de gran envergadura para extraerlos. Nuestro equipo contó con un acceso preferente al estudio Pan-STARRS1, realizado en múltiples longitudes de onda. Este estudio se ejecutó en un observatorio específico en Hawái y, entre otros aspectos, se diseñó para encontrar quásares en desplazamientos al rojo inaccesibles hasta entonces. Esta labor permitió utilizar nuevas técnicas de selección, en concreto gracias a un filtro rojo que estuvo disponible por vez primera en estas instalaciones nuevas. Nuestro trabajo permitió triplicar la población de quásares conocidos, y ampliar en gran medida la frontera del desplazamiento al rojo hacia las primeras edades cósmicas.

En su opinión, ¿cuáles son los descubrimientos más importantes del proyecto?

La búsqueda de estos quásares es lenta y tediosa, pero recopilar una muestra de gran tamaño de quásares con un elevado desplazamiento al rojo posee una importancia enorme para la comunidad científica. Tras descubrir los quásares, se les puede hacer un seguimiento en observatorios multilambda de última generación (tanto espaciales como terrestres). Uno de los descubrimientos más importantes fue la posibilidad de determinar que algunos de los quásares se encuentran en superdensidades galácticas que ya existían cuando el universo tenía menos de mil millones de años Nuestras observaciones de seguimiento también establecieron la presencia de cantidades masivas de gas, suficientes como para alimentar la futura formación de estrellas, y ofrecieron indicios de formación estelar activa en las galaxias donde se encuentran.

¿Cómo obtuvieron estos resultados?Algunos de los resultados principales se obtuvieron estudiando los quásares recién descubiertos con el ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un radiointerferómetro nuevo, y el observatorio IRAM NOEMA de los Alpes franceses. La primera instalación está ubicada en Chile, a una altura de cinco mil metros y ofrece las mejores condiciones del mundo para la observación en el rango milimétrico. Estos observatorios fueron esenciales para establecer la presencia de sobredensidades de galaxias en torno a los quásares y para caracterizar al detalle las propiedades del gas y el polvo de las galaxias hospedadoras.

¿Qué acogida espera que tenga el proyecto entre la comunidad científica?

Nuestros resultados limitan aún más las teorías de la formación de las primeras estructuras, dado que los modelos cosmológicos teóricos han de explicar y tener en cuenta la presencia de los agujeros negros de miles de millones de masas solares, así como el polvo y el gas enriquecidos químicamente. Este proyecto de observación es sin duda relevante para teóricos y para las simulaciones matemáticas del universo primigenio.

¿Cuáles son sus planes para después del proyecto?

Hasta ahora solo nos hemos podido centrar en la caracterización del agujero negro supermasivo acretante y del gas y el polvo en las galaxias que albergan quásar. Aún no se han detectado estrellas en los quásares hospedadores, a pesar de que se considera que debe existir un componente estelar masivo en estos quásares. Esto probablemente se debe al hecho de que la emisión brillante del quásar central, alimentada por la acreción en el agujero negro supermasivo de acreción es mucho más brillante que la luz estelar y la eclipsa. El telescopio espacial de nueva generación (JWST) podría detectar por fin las primeras estrellas que albergan los quásares. No proponemos remitir programas de observación exhaustivos para observar una muestra de quásares con el JWST, cuya fecha de lanzamiento está prevista para principios de 2019.

COSMIC_DAWN
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