Un equip d’astrònoms ha descobert 83 quàsars alimentats per forats negres supermassius quan l’Univers era menys d’una desena part del que és actualment. Aquest descobriment augmenta el nombre de forats negres coneguts fins ara 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 forats negres supermassius 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. Els estudis previs només havien examinat els quàsars més lluminosos —escassos en nombre—, i per tant, els forats negres 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 que ajuden a explicar-ne els orígens.

Des de Hawaii

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 un instrument innovador, 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 d'aquests forats negres supermassius.

La UB, des 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 de Tenerife en aquesta segona fase, en la qual es van descobrir prop d’un terç de nous quàsars.

Des de gairebé el Big Bang

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 els veiem 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.

Dubtes sobre la reionització de l'hidrogen

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 —es va dividir en protons i electrons— 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. Això és una fita en la història de la cosmologia, però 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.

A la recerca del primer forat negre supermassiu

Amb els resultats obtinguts fins ara, l’equip preveu buscar més forats negres supermassius distants i poder revelar el període en què va aparèixer el primer forat negre supermassiu a l’univers. L’equip de recerca, dirigit per Yoshiki Matsuoka, està format per 48 astrònoms d’arreu del món. Cal esmentar, pel seu paper rellevant en les fases individuals del projecte, Nobunari Kashikawa (Universitat de Tòquio), Michael Strauss (Universitat de Princeton), Masafusa Onoue (Institut Max Planck d’Astronomia), Kazushi Iwasawa (ICCUB) i Tomotsugu Goto (Universitat Nacional de Tsing Hua). Els resultats d’aquesta recerca 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.