Lo nunca visto: captan, por primera vez, la fusión de dos cuásares en el 'amanecer cósmico'

Y es precisamente eso, la fusión de galaxias, lo que impulsa la formación de uno de los objetos más fascinantes de cuantos se pueden ver el cielo: los cuásares, núcleos galácticos extremadamente luminosos en los que la materia que cae en el agujero negro supermasivo central emite enormes 'chorros' de luz. Chorros brillantes y extremadamente energéticos que pueden extenderse incluso a cientos de miles de años luz de distancia de la galaxia que los emite.

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José Manuel Nieves

Se trata de un cuásar a más de 12.000 de años luz de la Tierra. Su agujero negro central, con una masa de 17.000 millones de soles, devora el equivalente a una estrella al día

Por lógica, y ante el gran número de galaxias fusionándose y formando cuásares en un Universo primitivo y 'pequeño', al mirar hacia atrás los astrónomos esperaban encontrar, también, muchos cuásares tan próximos entre sí como para formar 'pares', e incluso fusionarse. Si dos galaxias que se unen dan lugar a un cuásar, uno de los objetos más brillantes del Universo, ¿Cómo será la fusión de dos cuásares? Sin embargo, y para desconcierto general, nunca se ha observado una de estas fusiones. Hasta ahora.

Para verla, un equipo japonés de astrónomos, dirigidos por Yoshiki Matsuoka, de la universidad de Matsuyama, tuvo que sumar la potencia de dos grandes telescopios, ambos en el Observatorio de Mauna Kea, en Hawai: el Gemini Norte (que es la mitad del Observatorio Internacional Gemini, cuyo otro telescopio, Gemini Sur, está en Chile) y el japonés Subaru. De este modo, consiguieron observar, por primera vez un par de cuásares fusionándose en el Universo primitivo, a 'solo' 900 millones de años del Big Bang, es decir, a casi 13.000 millones de años luz de distancia de la Tierra. El trabajo se acaba de publicar en 'Astrophysical Journal Letters'.

Se trata del primer par confirmado de cuásares en el periodo de la historia del Universo conocido como 'Amanecer Cósmico', que se extendió desde unos 50 millones de años hasta mil millones de años después del Big Bang y durante el que comenzaron a aparecer las primeras estrellas y galaxias, es decir, las primeras luces en medio de la anterior oscuridad.

La llegada de aquellas primeras estrellas y galaxias inició una nueva era en la formación del cosmos conocida como 'Época de la Reionización', una etapa de transición que tuvo lugar aproximadamente unos 400 millones de años después del Big Bang y durante la cual la luz ultravioleta de las primeras estrellas, galaxias y quásares se extendió por todo el cosmos, interactuando con el medio intergaláctico y despojando a los átomos de hidrógeno primordiales de sus electrones. La Época de la Reionización fue crítica en la historia del Universo, marcó el final de las edades oscuras y sembró las semillas de las grandes estructuras que observamos hoy en nuestro Universo local.

Para comprender el papel exacto que tuvieron los quásares durante la Época de la Reionización, los astrónomos se esfuerzan desde hace mucho por encontrar y estudiar los cuásares que poblaron esta era temprana y distante. «Las propiedades estadísticas de los cuásares en la Época de la Reionización -explica Matsuoka- nos dicen muchas cosas, como el progreso y el origen de la reionización, la formación de agujeros negros supermasivos durante el Amanecer Cósmico y la evolución más temprana de las galaxias anfitrionas de los cuásares«.

Hasta el momento, se han descubierto ya unos 300 cuásares en la Época de la Reionización, pero ninguno de ellos formaba parte de un par. Hasta que Matsuoka y su equipo, durante una revisión de imágenes tomadas por la Hyper Suprime Cam del telescopio Subaru se toparon con una tenue mancha rojiza que llamó su atención.

«Mientras examinaba imágenes de candidatos a cuásares -recuerda Matsuoka-, noté dos fuentes similares y extremadamente rojas, una al lado de la otra. El descubrimiento fue puramente fortuito».

Al principio, los investigadores no estaban seguros de que lo que estaban viendo era realmente una pareja de cuásares, ya que las señales de los candidatos a ser cuásares distantes suelen estar 'contaminadas' por muchas otras fuentes luminosas, como estrellas y galaxias en primer plano, o por los efectos de distorsión de las lentes gravitacionales. Por eso, para confirmar la auténtica naturaleza de estos objetos, el equipo realizó espectroscopia de seguimiento utilizando a la vez la cámara y espectrógrafo de objetos débiles (FOCAS) del telescopio Subaru y el espectrógrafo de infrarrojo cercano Gemini (GNIRS) en el telescopio Gemini Norte. Los espectros obtenidos con GNIRS, que descomponen la luz emitida por una fuente en las longitudes de onda que la componen, fueron cruciales para caracterizar la naturaleza del par de cuásares y sus galaxias anfitrionas.

«Lo que aprendimos de las observaciones del GNIRS -prosigue el investigador- fue que los cuásares son demasiado débiles para detectarlos en el infrarrojo cercano, incluso con uno de los telescopios más grandes en Tierra». Lo cual permitió al equipo estimar que una parte de la luz detectada en el rango de la longitud de onda visible no procedía de los quásares en sí, sino del proceso de formación estelar en curso que tiene lugar en las galaxias anfitrionas.

Matsuoka y sus colegas también descubrieron que los dos agujeros negros en el centro de ambas galaxias son realmente grandes, cada uno de ellos con unas 100 millones de veces la masa del Sol. Esto, junto con la presencia de un 'puente' de gas que se extiende entre los dos cuásares, sugiere que tanto ellos como sus galaxias anfitrionas están justo en medio de un proceso de fusión a gran escala.

«La existencia de cuásares fusionados en la Época de Reionización -sentencia Matsuoka- se suponía desde hace mucho tiempo. Pero ahora, por primera vez, se ha confirmado».