image: Observaciones realizadas con la Cámara de Energía Oscura (DECam) fabricada por el Departamento de Energía de EE.UU. instalada en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos confirma la expectativa de los astrónomos de que los cuásares del Universo primitivo se formaron en regiones del espacio densamente pobladas con galaxias compañeras más pequeñas. El enorme campo de visión de DECam y sus filtros especiales jugaron un papel fundamental para llegar a esta conclusión y las observaciones revelaron por qué los estudios previos que buscaban caracterizar los vecindarios de cuásares del Universo primitivo habían llegado a resultados contradictorios. view more
Credit: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani
Los cuásares son los objetos más luminosos en el Universo y se alimentan del material que se acumula en agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Los estudios han demostrado que los cuásares del Universo primitivo tienen agujeros negros tan masivos que deben haber estado absorviendo gas a muy altas velocidades, lo que lleva a muchos astrónomos a creer que estos cuásares se formaron en algunos de los entornos más densos en el Universo donde era mayor la disponibilidad de gas. Sin embargo, las mediciones observacionales que buscan confirmar esta conclusión han arrojado resultados contradictorios. Ahora, un estudio realizado con la Cámara de Energía Oscura (DECam) señala el camino tanto para una explicación de estas dispares observaciones, como para un marco lógico que conecte la observación con la teoría.
DECam fue fabricada por el Departamento de Energía de EE.UU. y se encuentra instalada en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, un programa de NOIRLab de NSF.
El estudio fue dirigido por Trystan Lambert, quien completó su trabajo como estudiante de doctorado del Instituto de Estudios Astrofísicos de la Universidad Diego Portales en Chile [1] y es ahora un investigador posdoctoral en el nodo de la Universidad de Western Australia en el Centro Internacional para la Investigación de Radioastronomía (ICRAR). El enorme campo de visión de DECam permitió al equipo conducir la mayor búsqueda de área en el cielo realizada alrededor de un cuásar del Universo primitivo, en un esfuerzo por medir la densidad de su entorno contando el número de galaxias compañeras circundantes.
Para esta investigación, el equipo necesitaba un cuásar con una distancia bien definida. Por suerte, la de VIK 2348-3054 es 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 mirada amplia a su vecindario cósmico. Casualmente, la cámara también está equipada con un filtro de banda estrecha adaptado para detectar sus galaxias compañeras. “El estudio de este cuásar fue un verdadero golpe de suerte”, señaló Lambert. “Teníamos un cuásar con una distancia conocida y DECam en el telescopio Blanco proporcionó el campo de visión masivo y el filtro exacto que necesitábamos”.
El filtro especializado de DECam permitió al equipo contar el número de galaxias compañeras alrededor del cuásar al detectar un tipo muy específico de luz que emiten, conocido como radiación Lyman-alpha. Esta es una señal de energía específica del hidrógeno, que se produce cuando este se ioniza y luego se recombina en el proceso de formación estelar. Los emisores de Lyman-alpha suelen ser galaxias más jóvenes y pequeñas, y esta emisión puede utilizarse como una forma confiable de medir sus distancias. Además, estos datos recopilados de múltiples emisores permitirán desarrollar un mapa 3D del vecindario de un cuásar.
Tras un mapeo sistemático de la región del espacio que circunda al cuásar VIK J2348-3054, Lambert y su equipo descubrieron 38 galaxias compañeras en el entorno más amplio de este —hasta una distancia de 60 millones de años luz— lo que es consistente con lo que se esperaba para los cuásares que residen en regiones densas. Sin embargo, se sorprendieron al no encontrar ninguna compañera a menos de 15 millones de años luz del cuásar.
Este hallazgo aclara la realidad de estudios pasados destinados a clasificar los entornos de los cuásares del Universo primitivo y propone una posible explicación a los resultados contradictorios que arrojaron. Ningún otro estudio de este tipo ha utilizado un área de búsqueda tan amplia como la proporcionada por DECam, por lo que en áreas más pequeñas el entorno de un cuásar puede aparecer engañosamente vacío.
“El enorme campo de visión de DECam es necesario para el estudio a fondo de los vecindarios de los cuásares. Realmente debes expandirte a un área más grande”, señaló Lambert. “Esto sugiere una explicación razonable de por qué las observaciones previas están en conflicto entre sí”.
El equipo también propone una explicación para la falta de galaxias compañeras en el entorno más inmediato del cuásar. Postulan que la intensidad de la radiación del cuásar podría ser tan alta que afecta, o potencialmente detiene, la formación de estrellas en estas galaxias, volviéndose invisibles a nuestras observaciones.
“Algunos cuásares no son vecinos tranquilos”, comenta Lambert. “Las estrellas en las galaxias se forman de gas tan frío que colapsa bajo su propia gravedad. El brillo de los cuásares luminosos puede llegar a ser tan intenso que iluminan el gas en las galaxias cercanas y lo calientan, esto impide su colapso”.
Actualmente, el equipo de Lambert realiza observaciones adicionales para obtener espectros y confirmar la supresión de la formación de estrellas. También planea observar otros cuásares para construir una muestra más robusta.
“Estos hallazgos demuestran el valor de la productiva colaboración entre la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía”, señala Chris Davis, director de programa para NOIRLab de NSF. “Esperamos un aumento enorme de la productividad con el Observatorio Vera C. Rubin de NSF–DOE, una instalación de última generación que revelará aún más sobre el Universo primitivo y estos extraordinarios objetos”.
Notas
[1] Este estudio fue posible por la colaboración entre investigadores de la Universidad Diego Portales y el Instituto Max Planck de Astronomía. Una parte de este trabajo fue financiado por una beca de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID) de Chile para colaboraciones con los Institutos Max Planck.
Más Información
Esta investigación se presentó en un artículo científico “A lack of LAEs within 5 Mpc of a luminous quasar in an overdensity at z=6.9: potential evidence of quasar negative feedback at protocluster scales” que será publicado en Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202449566
El equipo de investigación estaba compuesto por Trystan S. Lambert (Universidad Diego Portales, Chile/University of Western Australia, Australia), R.J. Assef (Universidad Diego Portales, Chile), C. Mazzucchelli (Universidad Diego Portales, Chile), E. Bañados (Instituto Max Planck de Astronomía, Germany), M. Aravena (Universidad Diego Portales, Chile), F. Barrientos (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), J. González-López (Observatorio Las Campanas, Chile/Universidad Diego Portales, Chile), W. Hu (George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, Texas A&M University, USA), L. Infante (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), S. Malhotra (Centro de Vuelo Espacial Goddard NASA, EE.UU), C. Moya-Sierralta (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), J. Rhoads (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, EE.UU.), F. Valdes (NOIRLab de NSF), J. Wang (Universidad de Ciencia y Tecnología de China, República Popular China), I.G.B. Wold (Center for Research and Exploration in Space Science and Technology, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, EE.UU./Universidad Católica de América, EE.UU.), and Z. Zheng (Observatorio Astronómico de Shanghái, República Popular China).
NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos), el centro de EE.UU. para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede central en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.
Este comunicado de prensa fue traducido por Yasmine Atenas.
Enlaces
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Astronomy and Astrophysics