Durante los primeros mil millones de años del universo, los vientos que soplaban los agujeros negros supermasivos eran mucho más frecuentes y poderosos que los observados en las galaxias actuales.
Esos vientos eran tan poderosos que ralentizaban el crecimiento de los agujeros negros supermasivos de los que se originan.
Estos son los resultados de un estudio dirigido por tres investigadores del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Trieste, publicado en la revista Nature.
El trabajo se basa en las observaciones de 30 cuásares observadas con el Very Large Telescope (VLT) en el Observatorio Paranal de ESO en Chile. Los cuásares son fuentes puntuales extremadamente brillantes en los núcleos de galaxias distantes, cuya emisión surge de la intensa actividad de los agujeros negros supermasivos centrales que absorben la materia circundante. Las galaxias anfitrionas de estos cuásares se observaron alrededor del amanecer cósmico, cuando el universo tenía entre 500 y 1000 millones de años.
«Por primera vez, medimos la fracción de cuásares en el universo joven que presenta vientos de agujeros negros», dice Manuela Bischetti, investigadora del INAF en Trieste y primera autora del nuevo estudio. «A diferencia de lo que observamos en el universo más cercano a nosotros, descubrimos que los vientos de los agujeros negros en el universo joven son muy frecuentes, tienen altas velocidades de hasta el 17 por ciento de la velocidad de la luz e inyectan grandes cantidades de energía en su galaxia anfitriona. »
Aproximadamente la mitad de los cuásares observados en esta investigación muestran vientos de agujeros negros, que son mucho más frecuentes y 20 veces más potentes que los conocidos en los cuásares del cosmos más cercano cuando el universo tenía alrededor de 4.000 millones de años.
«Las observaciones de los agujeros negros en el universo joven muestran que crecen mucho más rápido que sus galaxias anfitrionas, mientras que en el universo local sabemos que los agujeros negros y las galaxias coevolucionan», añade la coautora Chiara Feruglio, investigadora del INAF en Trieste. «Esto implica que un mecanismo debe haber actuado en algún punto del universo, ralentizando el crecimiento de los agujeros negros. Nuestras observaciones nos permitieron identificar este mecanismo en los vientos de los agujeros negros producidos cuando el universo tenía entre 500 y 1000 millones de años».
La energía inyectada por los vientos habría sido capaz de detener una mayor acumulación de materia en el agujero negro, ralentizando su crecimiento y dando inicio a una fase de «evolución común» entre el agujero negro y su galaxia anfitriona. «Este estudio nos permitió identificar la época en la historia del universo durante la cual el impacto de los vientos de los agujeros negros comenzó a ser significativo», agrega Bischetti. «Esto tiene un gran impacto en nuestro conocimiento de las fases iniciales de crecimiento de los agujeros negros y sus galaxias anfitrionas, estableciendo fuertes restricciones en los modelos que describen la formación de las primeras galaxias».
Un descubrimiento totalmente inesperado, fue posible gracias a los datos de alta calidad del instrumento Xshooter instalado en el VLT en el contexto de un gran programa de ESO con alrededor de 250 horas de observaciones.
«Los cuásares se encuentran entre los objetos más brillantes observables en el universo primitivo, pero debido a su distancia, son bastante débiles en términos de magnitud observada», explica la coautora Valentina D’Odorico de INAF en Trieste, afiliada a Scuola Normale Superiore en Pisa e investigador principal del programa de observación en el que se basa el estudio. «La gran inversión de tiempo dedicada a la observación de estos objetos y las capacidades únicas de X-shooter en términos de eficiencia, cobertura de longitud de onda y poder de resolución nos han permitido obtener espectros de muy buena calidad que posibilitaron este interesante resultado».
«Desde hace algunos años hemos tenido indicios de que los agujeros negros mil millones de veces más masivos que el sol… podrían lanzar poderosos vientos que viajan a una velocidad equivalente al 20 por ciento de la velocidad de la luz hacia su entorno», agrega Andrea Ferrara, profesor de la Scuola Normale Superiore (SNS) y coautor del estudio.
«Hoy tenemos la confirmación de esto gracias a los datos obtenidos con un telescopio europeo por un equipo con una fuerte impronta y liderazgo italiano. El SNS ha contribuido en el lado de la interpretación teórica. El descubrimiento de estos espectaculares vientos galácticos en tiempos tan remotos pudo haber tenido implicaciones enormes y aún inexploradas para el nacimiento y la evolución de galaxias como la nuestra. Abordaremos estas preguntas en la continuación de este estudio».
El programa no había sido diseñado originalmente para este objetivo científico, sino para estudiar principalmente el gas intergaláctico en el universo primitivo. Sobre la base de la información de cuásares más cercanos, se pensó que tales vientos eran raros.
«Afortunadamente, solíamos decir que debido a que estas características complican la reconstrucción de la emisión intrínseca del cuásar, los astrónomos de nuestra colaboración no las deseaban y estudiaban el medio intergaláctico a lo largo de la línea de visión», dice D’Odorico. «Inesperadamente, encontramos que estos vientos son muy comunes en el universo joven, lo que complicó nuestro análisis pero nos ofreció la oportunidad de descubrir un resultado muy importante.
