Most Distant Quasar Found / O quasar mais distante / El quasar más lejano

 

A team of European astronomers has used ESO’s Very Large Telescope and a host of other telescopes to discover and study the most distant quasar found to date. This brilliant beacon, powered by a black hole with a mass two billion times that of the Sun, is by far the brightest object yet discovered in the early Universe. The results will appear in the 30 June 2011 issue of the journal Nature.

“This quasar is a vital probe of the early Universe. It is a very rare object that will help us to understand how supermassive black holes grew a few hundred million years after the Big Bang,” says Stephen Warren, the study’s team leader.

Quasars are very bright, distant galaxies that are believed to be powered by supermassive black holes at their centres. Their brilliance makes them powerful beacons that may help to probe the era when the first stars and galaxies were forming. The newly discovered quasar is so far away that its light probes the last part of the reionisation era.

The quasar that has just been found, named ULAS J1120+0641, is seen as it was only 770 million years after the Big Bang (redshift 7.1,). It took 12.9 billion years for its light to reach us.
Although more distant objects have been confirmed (such as a gamma-ray burst at redshift 8.2, eso0917, and a galaxy at redshift 8.6, eso1041), the newly discovered quasar is hundreds of times brighter than these. Amongst objects bright enough to be studied in detail, this is the most distant by a large margin.

The next most-distant quasar is seen as it was 870 million years after the Big Bang (redshift 6.4). Similar objects further away cannot be found in visible-light surveys because their light, stretched by the expansion of the Universe, falls mostly in the infrared part of the spectrum by the time it gets to Earth. The European UKIRT Infrared Deep Sky Survey (UKIDSS) which uses the UK's dedicated infrared telescope  in Hawaii was designed to solve this problem. The team of astronomers hunted through millions of objects in the UKIDSS database to find those that could be the long-sought distant quasars, and eventually struck gold.

“It took us five years to find this object,” explains Bram Venemans, one of the authors of the study. “We were looking for a quasar with redshift higher than 6.5. Finding one that is this far away, at a redshift higher than 7, was an exciting surprise. By peering deep into the reionisation era, this quasar provides a unique opportunity to explore a 100-million-year window in the history of the cosmos that was previously out of reach.”

The distance to the quasar was determined from observations made with the FORS2 instrument on ESO’s Very Large Telescope (VLT) and instruments on the Gemini North Telescope . Because the object is comparatively bright it is possible to take a spectrum of it (which involves splitting the light from the object into its component colours). This technique allowed the astronomers to find out quite a lot about the quasar.
These observations showed that the mass of the black hole at the centre of ULAS J1120+0641 is about two billion times that of the Sun. This very high mass is hard to explain so early on after the Big Bang. Current theories for the growth of supermassive black holes predict a slow build-up in mass as the compact object pulls in matter from its surroundings.

“We think there are only about 100 bright quasars with redshift higher than 7 over the whole sky,” concludes Daniel Mortlock, the leading author of the paper. “Finding this object required a painstaking search, but it was worth the effort to be able to unravel some of the mysteries of the early Universe.”

Notes

About 300 000 years after the Big Bang, which occurred 13.7 billion years ago, the Universe had cooled down enough to allow electrons and protons to combine into neutral hydrogen (a gas without electric charge). This cool dark gas permeated the Universe until the first stars started forming about 100 to 150 million years later. Their intense ultraviolet radiation slowly split the hydrogen atoms back into protons and electrons, a process called reionisation, making the Universe more transparent to ultraviolet light.  It is believe that this era occurred between about 150 million to 800 million years after the Big Bang.

 The object was found using data from the UKIDSS Large Area Survey, or ULAS. The numbers and prefix ‘J’ refer to the quasar’s position in the sky.

 Because light travels at a finite speed, astronomers look back in time as they look further away into the Universe. It took 12.9 billion years for the light from ULAS J1120+0641 to travel to telescopes on Earth so the quasar is seen as it was when the Universe was only 770 million years old. In those 12.9 billion years, the Universe expanded and the light from the object stretched as a result. The cosmological redshift, or simply redshift, is a measure of the total stretching the Universe underwent between the moment when the light was emitted and the time when it was received.

UKIRT is the United Kingdom Infrared Telescope. It is owned by the UK’s Science and Technology Facilities Council and operated by the staff of the Joint Astronomy Centre in Hilo, Hawaii.

FORS2 is the VLT’s FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph. Other instruments used to split up the light of the object were the Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) and the Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS). The Liverpool Telescope, the Isaac Newton Telescope and the UK Infrared Telescope (UKIRT) were also used to confirm survey measurements.

Un objeto celeste, con un agujero negro en su centro de masa equivalente a 2.000 millones de veces la del Sol, ha sido descubierto en el cosmos primitivo. Se trata de un quásar muy brillante y supone un récord de distancia en el cosmos profundo puesto que esta a 12.900 millones de años luz, por lo que pertenece al universo cuando sólo habían transcurrido unos 770 millones de años desde el Big Bang (un 6% de su edad actual). Tratándose de un récord hay que señalar que el anterior de su clase descubierto es de 870 millones de años después de la gran explosión inicial; y se conocen algunos objetos algo más primitivos -más lejanos- aún, como una tenue galaxia y un estallido de rayos gamma, pero no son ni mucho menos tan brillantes como el recién detectado, cientos de veces más brillante que ellos, según explica el Observatorio Europeo Austral (ESO), con cuyos telescopios VLT, en Chile, se ha estudiado.

Los quásares deben ser galaxias lejanas muy luminosas con un agujero negro supermasivo en su centro y "su brillo los convierte en poderosos faros que pueden ayudar a investigar la época en que se formaron las primeras estrellas y galaxias", añaden los expertos del ESO. La luz del quásar que ahora ostenta el récord llega ahora a la Tierra tras viajar por el universo durante 12.900 millones de años (a la velocidad de la luz), por lo que los astrónomos ven el objeto como era cuando emitió esa luz (en el universo tan joven de entonces).

"Este quásar es una evidencia vital del universo primordial, un objeto muy raro que nos ayudará a entender cómo crecieron los agujeros negros supermasivos unos pocos de cientos de millones de años después del Big Bang", señala Stephen Warren (Imperial College, Londres) uno de los líderes de la investigación. El hallazgo de quásar, llamado ULAS J1120+0641, se presenta en la revista Nature.

Estos astrónomos buscan quásares muy lejanos y han tardado cinco años en dar con este, según explican. Su investigación se inscribe en el proyecto UKIDSS, siglas en inglés de Rastreo en Infrarrojo del Cielo Profundo que utiliza un telescopio británico de infrarrojo situado en Hawai, pero una vez localizado el ULAS J1120+0641, recurrieron a los grandes telescopios Gemini Norte (también en Hawai) y uno de los VLT (en Chile), con los que han podido analizar su luz y desvelar características como la distancia. Los astrónomos calculan la distancia de los objetos celestes lejanos con un parámetro denominado desplazamiento al rojo, con símbolo Z, y en este caso su valor es tan llamativo que los investigadores, liderados por Daniel J.Mortlock (también del Imperial College de Londres), titulan su artículo en Nature con una frase escueta: Un quásar luminoso con desplazamiento al rojo de z= 7.085.

Este hallazgo, "supone un dolor de cabeza para los astrónomos", dice Mortock. "Es difícil comprender cómo una agujero negro millones de veces más masivo que el Sol pudo haber crecido tan pronto en la historia del universo. Es como lanzar una bola de nieve por la pendiente ¡y que de repente mida seis metros de diámetro!". Pero a la vez, señala, "es una gran oportunidad:. "Lo importante es lo brillante que es esta fuente, cientos de veces más brillante que ningún objeto descubierto a tal distancia, lo que significa que podemos utilizarlo para averiguar, por primera vez, cuáles eran las condiciones del universo primitivo".

 Astrônomos europeus descobriram o quasar mais distante descoberto até o momento a partir das observações realizadas com o telescópio de longo alcance do Observatório Austral Europeu (ESO, na sigla em inglês), em Cerro Paranal, no Chile, e outros telescópios.


Segundo os resultados do estudo facilitados à Agência Efe por Richard Hook, porta-voz do ESO de Garching, no sul da Alemanha, se trata do objeto mais luminoso descoberto até agora no Universo primordial, que é alimentado por um buraco negro que possui dois bilhões de vezes a massa do Sol.

"Este quasar é uma evidência vital do Universo primordial. É um objeto muito raro que nos ajudará a entender como cresceram os buracos negros supermassivos em poucas centenas de milhões de anos depois do Big Bang", disse Stephen Warren, líder da equipe de astrônomos, em uma nota do ESO.

A luz deste quasar, chamado ULAS J1120+0641, demorou 12,9 bilhões de anos para chegar aos telescópios da Terra, por isso que é visto como era quando o Universo tinha apenas 770 milhões de anos.

Anteriormente já se tinha confirmado a existência de objetos ainda mais distantes, como uma explosão de raios gama com deslocamento ao vermelho de 8,2 e uma galáxia com deslocamento ao vermelho de 8,6, mas o quasar recém descoberto, com deslocamento ao vermelho de 7,1, é centenas de vezes mais brilhante que os anteriores.

O deslocamento ao vermelho cosmológico é uma medida do estiramento total do Universo entre o momento em que a luz foi emitida e o momento em que foi recebida.

Depois do quasar recém descoberto, o mais distante é visto atualmente como era 870 milhões de anos depois do Big Bang, com um deslocamento ao vermelho de 6,4.

"Demoramos cinco anos para encontrar este objeto", afirmou Bram Venemans, um dos autores do estudo, em referência à nova descoberta.

A equipe de astrônomos, que procurava um quasar com deslocamento ao vermelho maior que 6,5 teve uma surpresa ao "encontrar um que está inclusive mais longe, com um deslocamento ao vermelho maior que 7".

"Ao permitir-nos olhar em profundidade a era de reionização, este quasar representa uma oportunidade única para explorar uma janela de 100 milhões de anos na história do cosmos que até agora não estava a nosso alcance", ressaltou.

Segundo Daniel Mortlock, principal autor do estudo, se considera que "só há cerca de 100 quasares brilhantes com deslocamento ao vermelho superior a 7 em todo o céu".

"Encontrar este objeto envolveu uma busca minuciosa, mas o esforço valeu a pena para poder desvelar alguns dos mistérios do Universo primitivo".

O brilho dos quasares, dos quais se acredita que sejam galáxias distantes muito luminosas alimentadas por um buraco negro supermassivo em seu centro, os transforma em poderosas luzes que podem ajudar a obter informações sobre a época em que foram formadas as primeiras estrelas e galáxias.