Astrònoms descobreixen 83 forats negres supermassius a l'univers primigeni

Un equip d'astrònoms ha descobert 83 quàsars alimentats per forats negres supermassius de quan l'univers era menys d'una desena part del que és actualment. Aquest descobriment augmenta el nombre de forats negres coneguts i revela, per primera vegada, com de comuns eren els forats negres a l'inici de la història del cosmos. L'estudi també detalla els efectes dels forats negres en l'estat físic del gas a l'univers durant els primers mil milions d'anys. Els estudis previs només havien examinat els quàsars més lluminosos i per tant més massius. La nova descoberta mostra una població de forats negres amb masses típiques dels forats negres comuns que s'aprecien a l'univers actual, i ajuda a explicar-ne els orígens. En l'equip de recerca, liderat per Yoshiki Matsuoka de la universitat d'Ehime (Japó), hi han participat científics de la UB.

Els forats negres supermassius són els que es troben al centre de les galàxies. Encara que predominen a l'univers actual, no se sap amb certesa quan es van formar ni quants n'hi ha. D'entre aquests, els forats distants s'identifiquen com a quàsars, que brillen quan acumulen gas.

Per escollir els quàsars candidats a estudi, un equip de recerca liderat per Yoshiki Matsuoka, de la universitat d'Ehime (Japó), va fer servir dades obtingudes amb la càmera Hyper Suprime-Cam (HSC). Muntada en el telescopi Subaru de l'Observatori Astronòmic Nacional del Japó, al cim del Mauna Kea (Hawaii), la càmera HSC és especialment potent perquè té un camp de visió de 1,77 graus quadrats (set vegades l'àrea de la lluna plena).

L'equip de la HSC va desenvolupar una anàlisi del cel amb les dades de tres-centes nits obtingudes pel telescopi al llarg de cinc anys. L'equip va seleccionar els quàsars candidats a partir d'aquelles dades i la seva anàlisi ha portat a la troballa dels forats negres supermassius.

Observació des del Gran Telescopi de les Canàries

A més, els astrònoms han treballat en una campanya d'observació per obtenir variants d'aquests candidats fent servir el telescopi Subaru, el Gran Telescopi de les Canàries (GTC) i el telescopi Gemini. Kazushi Iwasawa, expert de l'Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB), ha estat l'investigador principal de les observacions que s'han dut a terme amb el GTC en aquesta segona fase, en la qual es van descobrir prop d'un terç de nous quàsars.

En l'àrea estudiada, l'estudi ha mostrat 83 quàsars que no es coneixen abans, i disset que ja eren coneguts. Els investigadors van trobar que, a cada cub de milers de milions d'anys llum de costat, hi ha, aproximadament, un forat negre supermassiu.

Així mateix, també han descobert que els quàsars estan a uns 13.000 milions d'anys llum de la Terra, és a dir, que es veuen tal com eren llavors. El temps que ha transcorregut des del Big Bang fins a aquesta època còsmica és només un 5 % del present còsmic (13.800 milions d'anys), i és destacable el fet que aquests objectes tan densos es van poder formar molt ràpidament després del Big Bang. El quàsar més distant descobert en aquest treball és a 13.050 milions d'anys llum, una distància similar a la del segon forat negre supermassiu més llunyà que s'ha descobert mai.

Els resultats impliquen un replantejaments d'hipòtesis

D'altra banda, els resultats de la recerca impliquen un replantejament d'hipòtesis sobre la reionització de l'hidrogen al cosmos. S'ha acceptat que l'hidrogen va ser neutre a l'univers, però es va reionitzar durant el període en què va aparèixer la primera generació d'estrelles, galàxies i forats negres, i durant els primers cent milions anys després del Big Bang.

Encara no se sap què va proporcionar la gran quantitat d'energia necessària per generar la reionització. Una hipòtesi indica que hi havia molts més quàsars a l'inici de l'univers dels que s'han detectat, i que la seva radiació integrada va reionitzar l'univers. Tanmateix, la densitat mesurada per l'equip del HSC indica que no és el cas; el nombre de quàsars observats és molt menor del que es necessita per donar explicació a la reionització. Per tant, aquest fenomen hauria sorgit d'alguna altra font d'energia, probablement de diverses galàxies que es van formar al cosmos.

L'equip de recerca, dirigit per Yoshiki Matsuoka, està format per 48 astrònoms d'arreu del món. Els resultats s'han publicat a les revistes Astrophysical Journal Letters, The Astrophysical Journal Supplement Series, Publications of the Astronomical Society of Japan i The Astrophysical Journal, segons informa la UB en un comunicat.