ASTRONOMÍA. Publican Quaia, un nuevo mapa de 1,3 millones de cuásares, base para el estudio del universo

Este nuevo mapa de 1,3 millones de cuásares es una herramienta poderosa para los astrofísicos

 

Esta figura de la investigación muestra la distribución del cielo del nuevo catálogo de cuásares Quaia en coordenadas galácticas y se muestra mediante una proyección Mollweide. La región gris en el centro es la Vía Láctea, un punto ciego en el catálogo de Quaia. Imagen: K. Storey-Fisher et al. 2024

20 marzo 2024.- Los cuásares son los objetos más brillantes del Universo. Las más poderosas son miles de veces más luminosas que galaxias enteras. Son la parte visible de un agujero negro supermasivo (SMBH) en el centro de una galaxia. La intensa luz proviene del gas atraído hacia el agujero negro, que emite luz en varias longitudes de onda a medida que se calienta.

Pero los quásares son más que simples objetos antiguos y brillantes. Tienen algo importante que mostrarnos sobre la materia oscura.

Las galaxias grandes tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. Incluso aquellos que sólo están familiarizados con el espacio saben que los agujeros negros pueden absorberlo todo, incluso la luz. Pero a medida que los agujeros negros atraen el gas cercano hacia ellos, no todo el gas entra en el agujero, más allá del horizonte de sucesos y hacia el olvido. En cambio, gran parte del gas forma un disco de acreción giratorio alrededor del agujero negro.

Los SMBH no siempre les atraen material activamente, un acto conocido como "alimentación". Pero cuando un SMBH se alimenta activamente, se llama núcleo galáctico activo (AGN). Cuando el material del disco gira, se calienta. A medida que se calienta, emite diferentes longitudes de onda de radiación electromagnética. También puede emitir chorros.

Cuando los astrónomos comenzaron a detectar esta luz, sólo sabían que estaban viendo objetos que emitían ondas de radio. El nombre cuásar significa fuente de radio cuasi estelar. Pero a medida que pasó el tiempo, los astrónomos aprendieron más y se adoptó el término núcleo galáctico activo. El término cuásar todavía se usa, pero ahora son una subclase de AGN que son los AGN más luminosos.

Los cuásares habitan en galaxias rodeadas por enormes halos de materia oscura. Los astrónomos creen que existe un vínculo entre los halos de materia oscura (DMH) y los quásares. El DMH puede dirigir más materia hacia el centro de la galaxia, alimentando el SMBH y encendiendo un quásar, e incluso ayudando a la formación de galaxias más masivas.

Representación artística del halo de materia oscura que rodea nuestra galaxia.  En el caso de los quásares, los halos de materia oscura son mucho más masivos.  Crédito: ESO/L.  Calzada
Representación artística del halo de materia oscura que rodea nuestra galaxia. Fuente: ESO/L. Calzada

Un equipo de investigadores ha creado un nuevo catálogo de cuásares que será una poderosa herramienta para sondear cuásares, DMH y SMBH. Sus resultados se encuentran en un nuevo artículo en The Astrophysical Journal titulado “ Quaia, the Gaia-unWISE Quasar Catalog: An All-sky Spectroscopic Quasar Sample”. La autora principal es Kate Storey-Fisher, investigadora postdoctoral en el Centro Internacional de Física de Donostia en España.

"Este catálogo de cuásares se diferencia de todos los catálogos anteriores en que nos proporciona un mapa tridimensional del mayor volumen jamás creado por el universo", dijo el cocreador del mapa David Hogg, científico investigador principal del Centro de Computación del Instituto Flatiron. Astrofísica en la ciudad de Nueva York y profesor de física y ciencia de datos en la Universidad de Nueva York. “No es el catálogo con más quásares, ni es el catálogo con mediciones de quásares de mejor calidad, pero es el catálogo con el mayor volumen total del universo cartografiado”.

Esta infografía ayuda a explicar Quaia, el nuevo catálogo de 1,3 millones de quásares.  Crédito de imagen: ESA/Gaia/DPAC;  Lucy Reading-Ikkanda/Fundación Simons;  K. Storey-Fisher et al.  2024
Esta infografía ayuda a explicar Quaia, el nuevo catálogo de 1,3 millones de quásares. Imagen: ESA/Gaia/DPAC; Lucy Reading-Ikkanda/Fundación Simons; K. Storey-Fisher et al. 2024

El hecho de que el nuevo catálogo capture el mayor volumen total del Universo cartografiado y todos los cuásares en ese espacio es clave para comprender su propósito. No pretende ser un estudio que capture la mayor cantidad de quásares. El catálogo pretende ser una herramienta que los astrofísicos puedan utilizar para comprender las relaciones entre los cuásares, la materia oscura, los agujeros negros y las galaxias.

Llaman a su catálogo Quaia porque los datos provienen de la nave espacial Gaia de la ESA. La misión de Gaia es cartografiar alrededor de mil millones de objetos de la Vía Láctea, en su mayoría estrellas. Y cumple su misión con extrema precisión. Pero entre la multitud de estrellas que Gaia ha mapeado hay una gran cantidad de quásares mucho más allá de la Vía Láctea. Eso generó el nombre “Quaia”.

La materia oscura tiende a agruparse en halos alrededor de las galaxias, y estudiar la distribución de los quásares puede ayudar a explicar la distribución de la materia oscura. En la gran escala del Universo, la materia oscura está organizada como una red, y el catálogo de cuásares ayuda a mapear esa red.

El Fondo Cósmico de Microondas (CMB), una fuerte evidencia del Big Bang, también forma parte de esto. A medida que la luz del CMB viaja hacia nosotros a través del espacio, el enorme poder gravitacional de la red de materia oscura desvía la luz. Los científicos pueden comparar la luz CMB que recibimos con el mapa de quásares y compararlos. Las comparaciones se centrarán en la relación entre la materia oscura y los quásares y cómo se agrupa la materia en el Universo.

Dado que los cuásares rastrean la red cósmica , su distribución proporciona información sobre la red que otras fuentes no pueden. Por ejemplo, puede rastrear la distribución de la materia con corrimientos al rojo más altos que las galaxias. Y dado que está basado en el espacio, evita parte de la contaminación de datos que sufren otros estudios de cuásares, como el Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Este no es el primer mapa/catálogo de cuásares que se crea. Hay varios otros, incluido uno del Sloan Digital Sky Survey.

Esta figura muestra cinco mapas de cuásares diferentes creados por científicos utilizando diferentes datos y metodologías.  Los creadores de Quaia dicen que sus corrimientos al rojo son más precisos que los demás, además de otras propiedades.  Crédito de la imagen: K. Storey-Fisher et al.  2024
Esta figura muestra cinco mapas de cuásares diferentes creados por científicos utilizando diferentes datos y metodologías. Los creadores de Quaia dicen que sus corrimientos al rojo son más precisos que los demás, además de otras propiedades. Imagen: K. Storey-Fisher et al. 2024

Como muestra la siguiente animación, Quaia es más completo que el DR16Q del SDSS, el catálogo de cuásares del SDSS que acompañó a su publicación de datos 16.

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Aunque la misión Gaia en sí no genera muchos titulares, es la base de la ciencia espacial moderna. Sus datos están detrás de muchas investigaciones publicadas.

Gaia fue diseñado para medir estrellas en nuestra propia galaxia, pero también encontró millones de quásares al mismo tiempo, lo que nos proporciona un mapa de todo el universo.

Investigadores de todo el mundo están utilizando el mapa de cuásares para medir todo, desde las fluctuaciones de densidad iniciales que sembraron la red cósmica hasta la distribución de los vacíos cósmicos y el movimiento de nuestro sistema solar a través del universo.

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