Los cuásares son uno de los objetos más brillantes del cielo. Estas son las galaxias más distantes con agujeros negros supermasivos en sus centros, rodeadas de grandes cantidades de gas que se calienta por la rápida rotación alrededor del agujero negro. De vez en cuando estos expulsan grandes cantidades de radiación y gas, perpendiculares al disco que rodea al agujero negro, en potentes chorros que se pueden observar en diferentes longitudes de onda de luz, como rayos X, luz visible y radio. Debido a que esta poderosa actividad se concentra en su núcleo, también se les conoce como AGN o galaxias de “Núcleos Galácticos Activos”.
El término Quasar significa en inglés "objetos cuasi-estelar”. Esto debido a que cuando se observan, estos aparecen como puntos de luz que se asemejan a las estrellas. Lo que estamos viendo en realidad son los chorros generados por los poderosos agujeros negros que, coincidentemente, apuntan hacia nosotros. En esta imagen del Hubble, no vemos uno sino dos cuásares en lo que parece ser un sistema binario. Cada una de estas fuentes brillantes es un agujero negro supermasivo incrustado dentro de un par de galaxias en colisión y que expulsa una enorme cantidad de energía desde su centro.
El descubrimiento fue el resultado de un estudio que busca evidencia de fusión de galaxias para formar las grandes galaxias que vemos ahora. Estos dos cuásares son objetos distantes que existían cuando el universo tenía solo 3 mil millones de años. Los agujeros negros supermasivos que alimentan estos chorros brillantes, cada uno en el núcleo de su galaxia anfitriona, están bastante cerca y eventualmente se fusionarán. Una concepción artística de este sistema, nos da una idea de lo caótico que puede ser el proceso por el que están pasando las galaxias anfitrionas. La interacción del gas debido al tirón de este sistema binario debe estar dando lugar a una intensa formación de estrellas, creando un sistema aún más complejo que el que se observa normalmente en los AGN. En unas pocas decenas de millones de años, los agujeros negros que alimentan al par de cuásares se fusionarán, formando un agujero negro aún más masivo.
Para encontrar este tipo de objetos, los astrónomos requirieron observaciones de muchos telescopios: el W.M. Los observatorios Keck y el Observatorio Internacional Gemini en Hawái, el Very Large Array Karl G. Jansky de la Fundación Nacional de Ciencias en Nuevo México, el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el observatorio espacial ESA/Gaia de la Agencia Espacial Europea. El Telescopio Espacial Hubble, con su gran sensibilidad y resolución, mostró de manera inequívoca que se trataba de un verdadero par de agujeros negros supermasivos.
El universo temprano era un lugar con mucho bullicio, en donde las galaxias a menudo chocaban entre sí y se fusionaban. Este par de cuásares que se encontró con el telescopio Hubble, muestra un ejemplo claro de un par de cuásares unidos gravitacionalmente. Yu-Ching Chen de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y autor principal de este estudio dice -”No vemos muchos cuásares dobles en esta época temprana del universo. Y es por eso que este descubrimiento es tan emocionante".
El estudio y búsqueda de cuásares binarios cercanos es un área de investigación relativamente nueva que acaba de desarrollarse en los últimos 10 a 15 años. Esto es posible gracias a los telescopios poderosos que tenemos ahora. Con ellos, los astrónomos han podido identificar casos en los que dos cuásares están activos al mismo tiempo y lo suficientemente cerca, menos del tamaño de una sola galaxia, como para fusionarse. Esto es una prueba más de que las grandes galaxias se forman a través de fusiones de sistemas más pequeños. Este proceso también debe de dar lugar a la formación de pares de agujeros negros supermasivos dentro de las galaxias que se fusionan. El astrónomo Chen agrega - “Conocer la población progenitora de los agujeros negros eventualmente nos informará sobre la aparición de agujeros negros supermasivos en el universo primitivo y cuán frecuentes podrían ser esas fusiones”.
Pero este descubrimiento no es lo único importante para los astrónomos. El haber encontrado este par indica que estos existen y el método utilizado por este equipo puede ser extendido a otros estudios sobre la fusión de agujeros supermasivos y la formación de las grandes galaxias que vemos en el universo cercano.
Cabe notar que Hubble, con su gran poder de resolución y pequeña área de observación, no es un telescopio que se use para localizar este tipo de objetos binarios. Para este tipo de estudios se require un telescopio que pueda observar grandes áreas del cielo rápidamente y constantemente. Es por esto que los investigadores primero tuvieron que usar el telescopio espacial de la ESA llamado Gaia. Este telescopio lanzado en el 2013 mide con mucha precisión las posiciones, distancias y movimientos de los objetos celestes cercanos. Sin embargo, usando una técnica novedosa, este también puede usarse para explorar el universo distante. Con su enorme base de datos, Gaia se puede utilizar para buscar cuásares que imiten el movimiento aparente de las estrellas cercanas. Dado que estos objetos binarios están muy cerca uno del otro, los cuásares aparecen como un solo objeto en los datos de Gaia. Sin embargo, Gaia puede captar una "salto" sutil e inesperado que imita un cambio aparente en la posición de algunos de los cuásares observados.
En realidad, los quásares no se mueven por el espacio de ninguna manera medible. Esta salto, que ocurre en escalas de tiempo de días a meses, puede ser evidencia de fluctuaciones de luz a medida que cada miembro del par de cuásares varía en brillo cuando agujero negro eyecta enormes chorros de radiación y material. Este aumento de brillo, alterno entre el par de cuásares, es similar a ver una señal de cruce de ferrocarril desde la distancia. A medida que las luces a ambos lados de la señal estacionaria parpadean alternativamente, la señal da la ilusión de “movimiento”.
También, dado que los quasars son objetos muy distantes, los astrónomos utilizaron el telescopio Keck para asegurarse de que no existieran objetos masivos entre nosotros y los quasares. De haber sido así, los dos objetos observados podrían haber sido el producto de la división de la imagen por un lente gravitacional.
El futuro telescopio espacial de la NASA, el telescopio espacial Nancy Grace Roman, será ideal para localizar cuásares binarios. Este telescopio tendrá la misma agudeza visual que el Hubble, pero con una vista de campo amplio en el infrarrojo 200 veces más grande. Esto permitirá avanzar el area de investigación de los sistemas de quasars binarios.
Estos resultados se publicaron en la revista “Nature” del 5 de Abril del 2023.
Equipo científico: Yu-Ching Chen y Xin Liu de la University de Illinois Urbana-Champaign, Champaign, Illinois
Impresion artistica: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)