En una galaxia muy, muy lejana… ¡se han descubierto cuásares dobles!

• Título: A hidden population of high-redshift double quasars unveiled by astrometry.
• Autores/as: Yue Shen, Yu-Ching Chen, Hsiang-Chih Hwang, et al.
• Institución del primer autor: Departamento de Astronomía, Universidad de Illinois.
• Estado del artículo: publicado en Nature, acceso abierto en arxiv.org.

Lo que podría parecer el inicio de un nuevo capítulo de una gran saga de películas, es en realidad el inicio de un nuevo descubrimiento cosmológico. Específicamente se trata del hallazgo de dos parejas de cuásares, que podrían ayudarnos a entender mejor el funcionamiento del universo temprano. Si deseas saber más, seguir leyendo tú debes.

¿Cómo de lejana es una galaxia “muy, muy lejana”?

En el universo el tiempo y la distancia están íntimamente relacionados. En nuestro propio Sistema Solar, la luz tarda unos 8 minutos en llegar desde el Sol a la Tierra, por lo que estamos viendo el Sol como era hace 8 minutos; también podemos decir que el Sol se encuentra a una distancia de 8 minutos luz de la Tierra. Más allá de nuestro Sistema Solar las distancias son tan enormes que se miden en años luz. Así, nos encontramos a 30 mil años luz del centro de nuestra galaxia, que a su vez mide 100 mil años luz de diámetro. Mirando fuera de la Vía Láctea la galaxia más cercana es Andrómeda, que se encuentra a 2 millones de años luz (Mly, por sus siglas en inglés) por lo que, tal como hemos explicado, cuando la vemos hoy en día estamos observándola tal como era hace 2 millones de años.

Pues bien, los cuásares descubiertos por el equipo de investigación del artículo tienen una edad de unos 11000 millones de años. Teniendo en cuenta que se estima que el universo tiene una edad de unos 13700 millones de años, podemos notar que estamos viendo dichos cuásares tal como eran en el universo temprano, cuando tan sólo tenía el 19% de su edad actual.

Parejas de cuásares

Los cuásares son objetos astronómicos extremadamente luminosos. Se trata de agujeros negros súper masivos que están acretando material de la galaxia que les rodea. Se conocen miles de cuásares, pero prácticamente la totalidad de ellos se encuentran solos. El artículo al que nos referimos presenta el descubrimiento de dos parejas de cuásares, cada una formada por dos cuásares unidos gravitatoriamente. El hecho de que estén en pareja es importante para la investigación astrofísica, porque observando cómo se comportan nos permite conocer cómo es la física que les rodea. En la Figura 1 se puede observar una representación artística de cómo se vería una pareja de cuásares durante la fusión de sus dos galaxias.

Sabemos que en el universo temprano había muchas fusiones de galaxias, en las que sus agujeros negros súper masivos acababan fusionándose para generar un único agujero negro de masa aún mayor. Por tanto, se espera que en el universo temprano hubo un gran número de cuásares dobles. Sin embargo, sólo se ha descubierto alguna pareja de forma aleatoria que se encuentra a distancias inferiores a 10000 Mly. Por encima de esa distancia muy pocos telescopios podrían observar la separación entre dos cuásares que se estuvieran fusionando, es decir, están tan lejos que ambos se verían juntos como un único punto brillante, en lugar de ver dos. Por este motivo al observar un cuásar tan lejano no hay forma de saber si sólo es uno o son dos.

Entonces, ¿cómo lo han hecho?

El equipo investigador ha desarrollado una técnica de selección de entre los más de 200000 cuásares conocidos. La técnica se basa en lo siguiente: sabemos que los cuásares varían su luminosidad de forma aleatoria, así que supusieron que si había una pareja de cuásares, a veces uno brillaría más que el otro y viceversa. El equipo teorizó que, aunque se vieran ambos como un único punto, eso provocaría que dicho punto tuviera un ligero movimiento (como un temblor) a un lado u otro dependiendo qué cuásar de la pareja brillara más. Para medir dicho temblor utilizaron los datos del catálogo Gaia.

Gaia es uno de los sondeos de objetos astronómicos más grandes que se han realizado. Está dedicado a medir la posición exacta de millones de objetos en el cielo con una precisión extremadamente alta. El equipo seleccionó todos los cuásares observados por Gaia y se quedó con los que estaban más lejos de 10000 Mly (momento del universo en el que se espera que la fusión de galaxias fuese muy común). De entre esos, buscaron los que tenían una cantidad elevada de ruido astrométrico (es decir, cantidad de imprecisión al determinar su posición exacta), algo que se esperaría de un cuásar doble que se ve como un único punto. Finalmente, después de todo ese filtrado quedaron 15 cuásares candidatos.

Seguidamente el equipo pidió tiempo de observación en el Telescopio Espacial Hubble, con el que observaron 4 de esos 15 candidatos, seleccionándolos de forma aleatoria, y… ¡tachán!, 2 de esos 4 resultaron ser cuásares dobles. Esto otorga al sistema de selección ideado por el equipo investigador una eficacia del 50%. En la Figura 2 se puede ver la imagen de ambas parejas de cuásares fotografiadas por el Hubble en la que, en cada caso, se distingue claramente que se trata de dos componentes. La distancia a la que se encuentran es de aproximadamente 10500 Mly y 11400 Mly, respectivamente.

Afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias

Siguiendo la máxima que reza esta frase, el equipo firmante del artículo quiso certificar que realmente estaban observando dos cuásares distintos, unidos gravitatoriamente. Una de las posibilidades que había que descartar era que estuvieran observando el mismo cuásar, pero viéndolo doble, lo cual es un conocido efecto de lente gravitacional.

Una lente gravitacional ocurre cuando un objeto muy masivo (como una galaxia) se sitúa entre nuestro planeta y el objeto que estamos observando, creando un efecto de lente y haciendo que la luz que parte del objeto original se curve llegando hasta la Tierra desde ambos lados de “la lente galáctica”, lo que provoca el efecto de que lo veamos repetido, pareciéndonos que estamos viendo dos o más objetos. En la Figura 3 se muestra una imagen esquemática que ilustra dicho efecto.

Para determinar si se trataba de dos objetos distintos utilizaron el telescopio Gemini Norte, de 8.1 metros de diámetro, situado en Hawai. Lograron obtener un espectro de cada uno de los dos cuásares, confirmando que ambos espectros aunque parecidos son distintos, por lo que no pueden venir de un mismo cuásar.

Visto el éxito del método de selección para encontrar cuásares dobles, el equipo de investigación pretende ponerlo en práctica en el futuro con más catálogos y con más candidatos, dándonos la oportunidad de observar más de estos esquivos objetos, los cuales son cruciales para nuestra compresión del universo temprano… Y para continuar explorando galaxias muy, muy lejanas.