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ASTRONOMÍA. Un chorro de 200.000 años luz plantea nuevas preguntas sobre el cosmos primitivo
Esta ilustración de un artista muestra el chorro de radio más grande que se ha encontrado en el universo primitivo. El chorro se identificó por primera vez utilizando el telescopio internacional Low Frequency Array (LOFAR), una red de radiotelescopios repartidos por toda Europa. Fuente: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
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ASTRONOMÍA. Un chorro de 200.000 años luz plantea nuevas preguntas sobre el cosmos primitivo

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Los astrónomos han descubierto un enorme chorro de radio de doble lóbulo que se extiende 200.000 años luz desde un cuásar que existió cuando el Universo tenía apenas 1.200 millones de años.

12 febrero 2025.- Este descubrimiento revolucionario, realizado con varios telescopios, entre ellos LOFAR y Gemini North, desafía las suposiciones previas sobre los primeros cuásares. A pesar de su inmenso poder, el agujero negro del cuásar es relativamente pequeño, lo que sugiere que no se requiere necesariamente una masa extrema para generar chorros tan enormes. 


El descubrimiento también arroja luz sobre por qué estos chorros tempranos han sido tan difíciles de detectar, debido a la interferencia del fondo cósmico de microondas. Con este nuevo conocimiento, los científicos están ahora un paso más cerca de desentrañar los misterios del Universo primitivo.

Agujeros negros masivos y cuásares luminosos

Décadas de observaciones astronómicas han demostrado que la mayoría de las galaxias albergan agujeros negros masivos en sus centros. A medida que el gas y el polvo caen en estos agujeros negros, la fricción libera una inmensa energía, creando núcleos galácticos luminosos conocidos como cuásares. Estos cuásares pueden producir poderosos chorros de materia energética, que pueden detectarse a grandes distancias utilizando radiotelescopios. Si bien estos chorros son relativamente comunes en las galaxias cercanas, han permanecido esquivos en el distante Universo temprano, hasta ahora.


Los astrónomos han descubierto un chorro de radio de dos lóbulos que se extiende por al menos 200.000 años luz (el doble del ancho de la Vía Láctea ), el más grande jamás detectado en este período temprano de la historia cósmica. El chorro fue identificado por primera vez utilizando el Low Frequency Array (LOFAR), una red internacional de radiotelescopios en toda Europa.



Descubriendo el cuásar con telescopios avanzados

Se obtuvieron observaciones de seguimiento en el infrarrojo cercano con el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS) y en el óptico con el telescopio Hobby Eberly para obtener una imagen completa del chorro de radio y del cuásar que lo produce. Estos hallazgos son cruciales para obtener más información sobre el momento y los mecanismos detrás de la formación de los primeros chorros a gran escala en nuestro universo.


GNIRS está montado en el telescopio Gemini Norte, la mitad del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y operado por NSF NOIRlab.


La imagen óptica del Quasar J1601+3102 que se muestra aquí proviene del sondeo DECam Legacy Survey (DECaLS), uno de los tres sondeos públicos que en conjunto captaron imágenes de 14.000 grados cuadrados del cielo para proporcionar objetivos al sondeo en curso Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Fuente: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/F. Sweijen (Universidad de Durham); Procesamiento de imágenes: M. Zamani (NSF NOIRLab)


Comprender la formación de los primeros chorros

“Estábamos buscando cuásares con fuertes chorros de radio en el Universo temprano, lo que nos ayuda a entender cómo y cuándo se forman los primeros chorros y cómo impactan en la evolución de las galaxias”, dice Anniek Gloudemans, investigadora postdoctoral en NOIRLab y autora principal del artículo que presenta estos resultados en The Astrophysical Journal Letters .


Para entender su historia de formación es necesario determinar las propiedades del cuásar, como su masa y la velocidad a la que consume materia. Para medir estos parámetros, el equipo buscó una longitud de onda específica de la luz emitida por los cuásares, conocida como línea de emisión ancha de MgII (magnesio). 


Normalmente, esta señal aparece en el rango de longitudes de onda ultravioleta. Sin embargo, debido a la expansión del Universo, que hace que la luz emitida por el cuásar se "estire" a longitudes de onda más largas, la señal de magnesio llega a la Tierra en el rango de longitudes de onda del infrarrojo cercano, donde es detectable con GNIRS.


Cuásar J1601+3102. Una parte de esta imagen fue tomada como parte del sondeo DECam Legacy Survey (DECaLS), uno de los tres sondeos públicos que en conjunto captaron imágenes de 14.000 grados cuadrados del cielo para proporcionar objetivos para el sondeo en curso Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). El sondeo DECals se realizó utilizando la cámara de energía oscura de 570 megapíxeles (DECam) fabricada por el Departamento de Energía, 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 (CTIO) en Chile. Fuente: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA; Procesamiento de imágenes: M. Zamani (NSF NOIRLab)


Un cuásar sorprendentemente pequeño pero poderoso

El cuásar, llamado J1601+3102, se formó cuando el Universo tenía menos de 1.200 millones de años, apenas el 9% de su edad actual. Si bien los cuásares pueden tener masas miles de millones de veces mayores que la del Sol, este es bastante pequeño, ya que pesa 450 millones de veces la masa del Sol. Los chorros de doble cara son asimétricos tanto en brillo como en la distancia que se extienden desde el cuásar, lo que indica que un entorno extremo puede estar afectándolos.


Curiosamente, el cuásar que alimenta este chorro masivo de radio no tiene una masa de agujero negro tan grande como la de otros cuásares. Esto parece indicar que no es necesario necesariamente un agujero negro excepcionalmente masivo o una tasa de acreción excepcional para generar chorros tan potentes en el Universo primitivo.

El fondo cósmico de microondas y los chorros ocultos

La escasez anterior de grandes chorros de radio en el Universo primitivo se ha atribuido al ruido del fondo cósmico de microondas, la omnipresente niebla de radiación de microondas que quedó del Big Bang . Esta persistente radiación de fondo normalmente disminuye la luz de radio de esos objetos tan distantes.


Es solo porque este objeto es tan extremo que podemos observarlo desde la Tierra, aunque esté muy lejos. Este objeto muestra lo que podemos descubrir combinando la potencia de múltiples telescopios que operan en diferentes longitudes de onda.


Los científicos aún tienen multitud de preguntas sobre cómo los cuásares brillantes como J1601+3102 se diferencian de otros cuásares. Sigue sin estar claro qué circunstancias son necesarias para crear chorros de radio tan potentes, o cuándo se formaron los primeros chorros de radio en el Universo. Gracias a la colaboración de Gemini North, LOFAR y el telescopio Hobby Eberly, estamos un paso más cerca de comprender el enigmático Universo primitivo.

Notas

  1. Un ejemplo de un chorro de radio monstruoso encontrado en el Universo cercano es el chorro de 23 millones de años luz de longitud, llamado Porfirión , que fue observado 6.300 millones de años después del Big Bang.
Referencia: “Monster Radio Jet (>66 kpc) Observed in Quasar at z  ∼​​​​​ 5” by Anniek J. Gloudemans, Frits Sweijen, Leah K. Morabito, Emanuele Paolo Farina, Kenneth J. Duncan, Yuichi Harikane, Huub J. A. Röttgering, Aayush Saxena and Jan-Torge Schindler, 6 February 2025, The Astrophysical Journal LettersDOI: 10.3847/2041-8213/ad9609
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La Crónica del Henares: ASTRONOMÍA. Un chorro de 200.000 años luz plantea nuevas preguntas sobre el cosmos primitivo
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