Justa Cósmica: Cuásar Frena Estrellas en Galaxias

Astrónomos han observado directamente una "justa cósmica" en el universo temprano, un choque galáctico sin precedentes, una galaxia atraviesa a otra, donde la radiación de un cuásar de una de las galaxias inhibe la formación estelar de la otra "galaxia herida". Este fenómeno revela cómo los agujeros negros supermasivos alimentan cuásares y su poderosa radiación puede transformar el gas y el destino de las galaxias en el dinámico escenario de la evolución cósmica. Este hallazgo es crucial para modelos de retroalimentación de cuásares y la formación estelar a gran escala.

Un equipo internacional de astrónomos ha sido testigo de una violenta colisión cósmica, apodada la justa cósmica, un evento extraordinario en las profundidades del universo temprano. Por primera vez, se ha observado el efecto directo de la radiación de un cuásar —el núcleo extremadamente brillante de una galaxia, energizado por un agujero negro supermasivo— sobre la estructura interna del gas en una galaxia vecina. La intensa radiación de cuásar dispersa las nubes de gas y polvo en la galaxia 'herida', dejando solo regiones densas y diminutas que son, muy probablemente, demasiado pequeñas para la formación estelar. Esta drástica alteración demuestra un mecanismo de retroalimentación de cuásares que transforma la capacidad de la galaxia para generar nuevas estrellas.

Este significativo descubrimiento es el resultado de una vasta colaboración internacional de científicos. El equipo principal está compuesto por el Dr. Sergey Alexandrovich Balashev del Instituto Ioffe en San Petersburgo, Rusia, y el Dr. Pasquier Noterdaeme del Instituto de Astrofísica de París, Francia, quienes codirigieron el estudio. La investigación también contó con la destacada participación de científicos chilenos como el profesor Dr. Sebastián Víctor Claudio López Morales y el Dr(c) Rodrigo Cuellar T., ambos del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile. Otros colaboradores provienen de instituciones en India, Francia y Taiwán, lo que subraya la naturaleza global de la investigación astronómica de vanguardia.

El evento cósmico se localiza en las lejanas profundidades del universo temprano, específicamente en un sistema a un corrimiento al rojo de $z \approx 2.7$. Para observar esta justa cósmica, el equipo utilizó algunos de los observatorios astronómicos más potentes y avanzados del mundo. Las observaciones con ALMA y VLT fueron fundamentales, combinando datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el instrumento X-shooter del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO), ambos situados en el árido desierto de Atacama, en Chile. Adicionalmente, se emplearon datos del telescopio Subaru en Mauna Kea, Hawái, y del Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC).

La luz de esta justa cósmica ha viajado por el espacio durante más de 11 mil millones de años para llegar hasta nosotros. Esto significa que lo que observamos es una instantánea de cómo era este sistema galáctico cuando el universo tenía tan solo el 18 % de su edad actual. Las fuentes indican que los datos de ALMA utilizados para este estudio fueron obtenidos a través del proyecto con la identificación 2022.1.01792.S, lo cual sugiere que las observaciones con ALMA tuvieron lugar entre el año 2022 y Septiembre del 2024. La investigación, que desvela todos los detalles de esta batalla galáctica, fue presentada en un artículo publicado en la prestigiosa revista científica Nature. Aunque la nota de prensa de la Universidad de Chile menciona Nature Astronomy, el artículo científico y las notas de prensa de ESO y ALMA confirman la publicación en Nature.

Este estudio es de profunda importancia para la astrofísica porque proporciona la primera evidencia directa del impacto de la radiación de un cuásar en la estructura interna del gas de una galaxia "normal". Este hallazgo no solo subraya el papel crucial de las fusiones galácticas en la activación de los cuásares, sino que también revela un mecanismo de retroalimentación negativa de cuásares que altera de manera significativa la estructura del gas a escalas increíblemente pequeñas. Esto inhibe la formación estelar en la galaxia afectada, lo que es vital para comprender la evolución de galaxias y el papel de los agujeros negros supermasivos en el moldeo del cosmos.

El propósito principal de este estudio es desentrañar los complejos procesos que rigen la evolución de galaxias y cuásares en el universo temprano. Al observar directamente cómo la radiación de un cuásar puede transformar el gas molecular en una galaxia cercana, los científicos obtienen una visión sin precedentes sobre el mecanismo de retroalimentación. Esto es fundamental para refinar los modelos teóricos de formación estelar y galáctica, y para comprender cómo la actividad de los agujeros negros supermasivos en los centros galácticos puede afectar la capacidad de las galaxias para generar nuevas estrellas. El conocimiento adquirido aquí nos acerca a una imagen más completa y detallada de cómo se formaron y evolucionaron las estructuras cósmicas que vemos hoy.

La clave para este descubrimiento fue la combinación de observaciones ALMA y VLT con una resolución espacial y espectral sin precedentes. La alta resolución de ALMA permitió al equipo distinguir claramente las dos galaxias en fusión, que en estudios anteriores parecían un único objeto debido a su proximidad. Con el instrumento X-shooter del VLT, los investigadores analizaron la luz del cuásar mientras esta atravesaba la galaxia compañera. Esto les permitió estudiar los efectos precisos de la radiación de cuásar sobre el gas, revelando que está siendo "perforado" y transformado en pequeñas, densas regiones incapaces de formar estrellas. Las galaxias se acercan a una velocidad de aproximadamente 500-550 km/s y tienen masas comparables a la Vía Láctea.

Los investigadores clave expresan la singularidad de este hallazgo. El Dr. Sergei Balashev manifiesta que: "Aquí vemos por primera vez el efecto directo de la radiación de un cuásar sobre la estructura interna del gas en una galaxia que, por lo demás, es una galaxia normal". Subrayando la transformación drástica de la galaxia herida, el profesor Balashev también explicó que: "Se cree que estas fusiones aportan enormes cantidades de gas a los agujeros negros supermasivos que residen en los centros de las galaxias", lo que perpetúa el ataque destructivo del cuásar. El Dr. Pasquier Noterdaeme por su parte afirma que: "Por eso llamamos a este sistema la 'justa cósmica'", comparándolo con el combate medieval. Noterdaeme también añadió que este cuásar "parece estar desempeñando un rol clave al transformar su galaxia vecina, lo que tiene implicancias profundas para nuestra comprensión de cómo evolucionan las galaxias en el Universo temprano”.

El equipo de astrónomos planea continuar con futuras observaciones para desvelar aún más detalles sobre estas colisiones cósmicas y sus consecuencias. La próxima generación de telescopios, como el Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Cerro Armazones, una montaña ubicada en la sierra Vicuña Mackenna de la Cordillera de la Costa, aproximadamente a 130 km al sureste de la ciudad de Antofagasta, en la región de Antofagasta, Chile, promete una capacidad de resolución sin precedentes que permitirá un estudio más profundo. Pasquier Noterdaeme, al respecto manifiesta que: "Un telescopio como el Extremely Large Telescope de ESO sin duda nos permitirá avanzar en un estudio más profundo de este y otros sistemas, para comprender mejor la evolución de los cuásares y su efecto en las galaxias anfitrionas y cercanas". Los científicos buscarán más sistemas similares para entender la competencia entre los procesos que fomentan o inhiben la formación estelar.

Este fascinante descubrimiento de la justa cósmica representa un hito en la astrofísica, al proporcionar la primera evidencia directa de cómo la radiación de un cuásar puede suprimir la formación estelar en una galaxia cercana durante una colisión. Las observaciones ALMA y VLT revelan un mecanismo de retroalimentación clave que moldea la evolución galáctica en el universo temprano. Este fenómeno subraya la interconexión entre los agujeros negros supermasivos, los cuásares y el destino de las galaxias, abriendo nuevas vías de investigación para comprender las fuerzas que esculpen el cosmos a escalas sin precedentes.

EQUIPO DE INVESTIGADORES