El telescopio eROSITA encontró un cuásar ópticamente débil y brillante en rayos X que acreta material a una velocidad extremadamente alta, sólo unos 800 millones de años después del Big Bang. Esto último, confirmado a través de observaciones con los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas.
Los agujeros negros supermasivos situados en el centro de las galaxias pueden detectarse a grandes distancias, pero sólo si acumulan materia que se calienta y brilla intensamente, convirtiéndose en un "núcleo galáctico activo" (AGN). Estos “cuásares”, u objetos cuasiestelares, brillan más que el resto de su galaxia, pero a grandes distancias son difíciles de detectar y extremadamente raros. Hasta la fecha, sólo se han detectado en rayos X unos 50 cuásares con desplazamiento al rojo z>5,7, cuando el Universo tenía menos de mil millones de años.
Analizando los datos de rayos X del eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), que se tomaron durante la Fase de Verificación de Rendimiento del telescopio eROSITA en 2019, el equipo de eROSITA encontró una nueva fuente puntual. En colaboración con científicos que utilizan el telescopio Subaru (del Observatorio Astronómico Nacional de Japón), identificaron la emisión de rayos X de un cuásar previamente conocido, J0921+0007, a un desplazamiento al rojo de 6,56, que fue descubierto inicialmente por un equipo que buscaba fuentes distantes con el telescopio Subaru.
Las observaciones de seguimiento en longitudes de onda infrarrojas mostraron que el agujero negro tiene 250 millones de masas solares, una masa relativamente baja para un agujero negro supermasivo a esta distancia. Las observaciones de seguimiento de Chandra confirmaron la elevada luminosidad en rayos X medida por eROSITA, lo que indica una tasa de acreción muy alta.
"No esperábamos encontrar un AGN de tan baja masa ya en nuestro primer miniencuesta con eROSITA", afirma Julien Wolf, que busca los agujeros negros supermasivos más distantes en los datos de eROSITA como parte de su doctorado en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). "Es la detección serendípica de rayos X más distante hasta la fecha y sus propiedades son bastante atípicas para cuásares a desplazamientos al rojo tan altos: es intrínsecamente débil en luz visible pero muy luminoso en rayos X.”
También se realizaron observaciones con los telescopios Magallanes del Observatorio Las Campanas, ubicado en Chile y perteneciente a la Carnegie Institution for Science.
“La contribución de los Magallanes ha sido muy importante porque ha permitido confirmar que se trata de un quasar a redshift z=6.5, lo que significa que es un objeto que estaba emitiendo 800 millones de años después del big bang”, indica Francesco Di Mille, líder de operaciones científicas nocturnas del Observatorio Las Campanas, miembro del equipo de investigación.
El sondeo eROSITA encontró una nueva y débil fuente de rayos X (derecha). Mediante observaciones ópticas de seguimiento (arriba a la izquierda), el equipo la identificó como un cuásar con un desplazamiento al rojo de z=6,56.
Crédito: MPE/Cluster Origins
El cuásar detectado por eROSITA muestra propiedades similares a las de las galaxias Seyfert-1 de línea estrecha, una clase particular de galaxias activas del Universo local. Están asociadas a agujeros negros supermasivos de menos de 100 millones de masas solares, acumulan materia a gran velocidad y podrían ser más jóvenes que sus hermanas de mayor masa.
"La búsqueda de este tipo de objetos raros requiere datos profundos en múltiples longitudes de onda que complementen la gran área de estudio de rayos X. Por suerte, la mayor parte del cielo está cubierto por datos de alta resolución. Por suerte, la mayor parte del cielo está cartografiada en longitudes de onda ópticas e infrarrojas, aunque los datos de Subaru en el área de eFEDS son especialmente profundos", subraya Mara Salvato, portavoz de eROSITA.
Aunque la mayor parte de las galaxias activas detectadas a altos desplazamientos al rojo (es decir, a grandes distancias) albergan agujeros negros con masas de entre uno y diez mil millones de masas solares, también debe haber muchas con agujeros negros menos masivos. Estos, sin embargo, necesitan acumular materia a un ritmo muy elevado para brillar lo suficiente como para poder ser detectados.
Además de esta fuente, el equipo había encontrado anteriormente otro cuásar luminoso y similarmente distante en el mismo campo. "eROSITA es especialmente adecuado para realizar un censo de objetos raros de rayos X como estos potentes cuásares de alto desplazamiento al rojo", afirma Kirpal Nandra, director de física de altas energías en MPE. "Este es ahora el segundo ejemplo que encontramos en eFEDS cuando esperábamos no encontrar ninguno".
Los primeros datos de eROSITA son sólo un anticipo de lo que está por venir. Basándose en estas primeras detecciones, los científicos esperan encontrar cientos de ejemplos más con el sondeo cósmico de eROSITA. Objetos como éstos son actualmente nuestra mejor forma de comprender la formación temprana de agujeros negros. Si las sorprendentes detecciones de eFEDS se confirman en el conjunto de datos más amplio, podrían suponer un reto para algunos modelos evolutivos.
Publicación científica: X-ray emission from a rapidly accreting narrow-line Seyfert 1 galaxy at z=6.56