Gemini Norte colabora con LOFAR para descubrir el Jet más grande del Universo temprano

Gracias a décadas de observaciones astronómicas, los científicos saben que la mayoría de las galaxias albergan agujeros negros masivos en sus núcleos. A medida que el gas y el polvo caen en estos agujeros negros, la fricción genera una enorme cantidad de energía, dando lugar a núcleos galácticos extremadamente luminosos conocidos como cuásares. Estos cuásares emiten potentes chorros de materia energética que pueden detectarse con radiotelescopios a grandes distancias. Mientras que en el Universo cercano estos Jets son relativamente comunes, en el Universo temprano y lejano han sido mucho más difíciles de encontrar hasta ahora.

Utilizando una combinación de telescopios, los astrónomos han descubierto un Jet de dos lóbulos que se extiende al menos 200.000 años luz de distancia, el doble del tamaño de la Vía Láctea. Este es el Jet más grande jamás antes visto en el Universo temprano. El Jet fue identificado en primera instancia utilizado el 

Telescopio internacional LOFAR (Low Frequency Array por sus siglas en inglés), una red de radiotelescopios repartidos por toda Europa.

A partir de esto, se realizaron observaciones de seguimiento en el infrarrojo cercano con el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS por sus siglas en inglés), y en el óptico con el Telescopio Hobby-Eberly, para obtener una imagen completa del Jet y del cuásar que lo produce. Estos descubrimientos son cruciales para comprender de mejor manera el momento y los mecanismos de formación de los primeros Jets gigantes de nuestro Universo.

El instrumento GNIRS está montado en el Telescopio Gemini Norte, la mitad boreal del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y operado por NOIRLab de NSF.

“Estábamos buscando cuásares con Jets potentes en el Universo temprano, los cuáles nos ayudan a entender cómo y cuándo se formaron los primeros jets y cómo impactan en la evolución de las galaxias”, explicó Anniek Gloudemans, investigadora postdoctoral de NOIRLab y autora principal del artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters.

Para comprender la historia de formación de un cuásar, es necesario determinar sus propiedades, como su masa y el ritmo al que consume materia. Para medir estos parámetros, el equipo observó una longitud de onda de luz específica emitida por el cuásar conocida como línea de emisión amplia Mgll (magnesio). Normalmente, esta señal aparece en el rango de las longitudes de ondas ultravioletas. Sin embargo, debido a la expansión del Universo, que provoca 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.

El cuásar, llamado J1601+3102, se formó cuando el Universo tenía menos de 1.200 , apenas el 9% de su edad actual. Aunque los cuásares pueden tener masas miles de millones de veces superiores a la de nuestro Sol, este es más bien pequeño, con un peso de 450 millones de veces la masa del Sol. Los jets (o chorros) de doble cara son asimétricos tanto en brillo como en la distancia a la que se extienden desde el cuásar, lo que indica que un entorno externo puede afectarles.

“Curiosamente, el cuásar que que alimenta este jet de radio masivo no tiene una masa extrema de agujero negro, comparado a otros cuásares, lo que parece indicar que no se requiere una tasa de acreción o un agujero excepcionalmente masivo para generar jets tan potentes en el Universo primitivo”.

La escasez previa de jets de radio en el Universo primitivo se atribuye a la radiación de fondo cósmico de microondas —una especie de neblina siempre presente de radiación de microondas que quedó del Big Bang.
Esta persistente radiación de fondo normalmente reduce la luz de radio de objetos tan distantes.

“Podemos observar este objeto desde la Tierra, aunque esté muy lejos, sólo porque se trata de algo muy extremo”, explicó Gloudemans, y agregó que “este objeto muestra lo que podemos descubrir combinando el poder de múltiples telescopios operando a distintas longitudes de onda”.

Por su parte, el investigador postdoctoral asociado de la Universidad de Durham y co-autor del artículo científico, Frits Sweijen, indicó que “cuando empezamos a observar este objeto esperábamos que el jet meridional fuera simplemente una fuente cercana no relacionada, y que la mayor parte fuera pequeña. Por eso nos sorprendió tanto cuando la imagen de LOFAR reveló grandes estructuras detalladas de radio. La naturaleza de estas fuentes distantes las hacen difíciles de detectar en frecuencias de radio más altas, demostrando el poder de LOFAR por sí solo y las sinergías que puede lograr con otros instrumentos”.

Los científicos aún tienen multitud de preguntas sobre cómo los cuásares radiobrillantes como J1601+3102 difieren de otros cuásares. Aún no son claras las circunstancias necesarias para crear jets de radio tan potentes, ni tampoco cuándo se formaron los primeros jets de radio en el Universo. Gracias al potencial colaborativo de Gemini Norte, LOFAR y el Telescopio Hobby Eberly, estamos un paso más cerca de comprender el enigmático Universo primitivo.

Más Información

Esta investigación se presentó en un artículo de investigación titulado “Monster radio jet (>66 kpc) observed in quasar at z ∼ 5”, publicado en el The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ad9609

El equipo de investigación estaba compuesto por Anniek J. Gloudemans (NSF NOIRLab, International Gemini Observatory), Frits Sweijen (Durham University), Leah K. Morabito (Durham University), Emanuele Paolo Farina (NSF NOIRLab, International Gemini Observatory), Kenneth J. Duncan (Royal Observatory, Edinburgh), Yuichi Harikane (University of Tokyo), Huub J. A. Röttgering (Leiden University), Aayush Saxena (University of Oxford, Durham University), and Jan-Torge Schindler (University of Hamburg).

NOIRLab de NSF, el centro de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos para la astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina, y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak de NSF (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo de NSF (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC), y el Observatorio Vera C. Rubin de NSF-DOE (en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del DOE). Es 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 científica está honrada por tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawaiʻi, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón, en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y el valor que I’oligam Du’ag tiene para la Nación Tohono O’odham, y el que Maunakea tiene para la comunidad Kanaka Maoli (hawaianos nativos).

Este comunicado de prensa fue traducido por Carolina Godoy y Manuel Paredes

Enlaces

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Contactos

Anniek Gloudemans
Postdoctoral research fellow
NSF NOIRLab / International Gemini Observatory
Correo electrónico: [email protected]

Frits Sweijen
Postdoctoral research associate
Durham University
Correo electrónico: [email protected]

Josie Fenske
Jr. Public Information Officer
NSF NOIRLab
Correo electrónico: [email protected]