"Ahora podemos demostrar, por primera vez, que las galaxias primordiales tienen suficiente comida en sus ambientes para sostener tanto el crecimiento de agujeros negros supermasivos como la formación de estrellas vigorosas", dice Emanuele Paolo Farina, del Instituto Max Planck de Astronomía. en Heidelberg, Alemania, quien dirigió la investigación publicada hoy en El diario astrofísico. "Esto agrega una pieza fundamental al rompecabezas que los astrónomos están construyendo para imaginar cómo se formaron las estructuras cósmicas hace más de 12 mil millones de años".

Los astrónomos se han preguntado cómo los agujeros negros supermasivos fueron capaces de crecer tanto desde el principio de la historia del Universo. "La presencia de estos primeros monstruos, con masas de varios miles de millones de veces la masa de nuestro Sol, es un gran misterio", dice Farina, quien también está afiliada al Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching bei München. Significa que los primeros agujeros negros, que podrían haberse formado a partir del colapso de las primeras estrellas, deben haber crecido muy rápido. Pero, hasta ahora, los astrónomos no habían visto 'comida de agujero negro' – gas y polvo – en cantidades lo suficientemente grandes como para explicar este rápido crecimiento.

Para complicar aún más las cosas, las observaciones previas con ALMA, la matriz Atacama Large Millimeter / submillimeter, revelaron mucho polvo y gas en estas primeras galaxias que impulsaron la rápida formación de estrellas. Estas observaciones de ALMA sugirieron que podría quedar poco para alimentar un agujero negro.

Para resolver este misterio, Farina y sus colegas utilizaron el instrumento MUSE en el Very Large Telescope de ESO en el desierto de Atacama chileno para estudiar los cuásares, objetos extremadamente brillantes impulsados ​​por agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias masivas. El estudio encuestó a 31 cuásares que se ven como eran hace más de 12.500 millones de años, en un momento en que el Universo todavía era un bebé, con solo unos 870 millones de años. Esta es una de las muestras más grandes de cuásares desde este principio en la historia del Universo para ser encuestados.

Los astrónomos descubrieron que 12 quásares estaban rodeados por enormes depósitos de gas: halos de gas de hidrógeno frío y denso que se extendía 100,000 años luz desde los agujeros negros centrales y con miles de millones de veces la masa del Sol. El equipo, de Alemania, EE. UU., Italia y Chile, también descubrió que estos halos de gas estaban estrechamente unidos a las galaxias, proporcionando la fuente de alimento perfecta para sostener tanto el crecimiento de agujeros negros supermasivos como la vigorosa formación de estrellas.

La investigación fue posible gracias a la excelente sensibilidad de MUSE, el Explorador espectroscópico de unidades múltiples, en el VLT de ESO, que Farina dice que fue "un cambio de juego" en el estudio de los cuásares. "En cuestión de unas pocas horas por objetivo, pudimos profundizar en los alrededores de los agujeros negros más masivos y voraces presentes en el Universo joven", agrega. Si bien los cuásares son brillantes, los depósitos de gas a su alrededor son mucho más difíciles de observar. Pero MUSE pudo detectar el tenue resplandor del gas de hidrógeno en los halos, lo que permitió a los astrónomos revelar finalmente las reservas de alimentos que alimentan los agujeros negros supermasivos en el Universo temprano.

En el futuro, el telescopio extremadamente grande de ESO ayudará a los científicos a revelar aún más detalles sobre galaxias y agujeros negros supermasivos en los primeros dos mil millones de años después del Big Bang. "Con el poder del ELT, podremos profundizar aún más en el Universo temprano para encontrar muchas más nebulosas de gas", concluye Farina.

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Materiales proporcionados por ESO. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.