El telescopio espacial Euclid fue construido para estudiar uno de los mayores misterios de la cosmología: la materia y la energía oscuras. Sin embargo, mientras elaboraba su gigantesco mapa del cielo, encontró algo que nadie esperaba obtener tan pronto y en semejante cantidad.
Un equipo internacional ha confirmado 31 nuevos cuásares pertenecientes al universo primitivo. Doce se encuentran más allá de un desplazamiento al rojo de 7, una frontera que corresponde a los primeros 770 millones de años de historia cósmica. El hallazgo duplica con creces la cantidad de cuásares conocidos de esa antigüedad y transforma una colección de casos excepcionales en una población que ya puede estudiarse estadísticamente.
Dos de los objetos han ido todavía más lejos. EUCL J172902.75+641018.1 presenta un desplazamiento al rojo de 7,77, mientras que EUCL J125308.55+705432.3 alcanza 7,69. Ambos superan el récord anterior, establecido en 2021 por un cuásar con un valor de 7,64. Su luz comenzó a viajar hacia nosotros cuando el universo tenía aproximadamente 670 millones de años, apenas el 5% de su edad actual.
Encontrar un cuásar tan antiguo es como buscar una linterna entre millones de estrellas
Un cuásar no es un objeto independiente, sino una fase especialmente violenta en la vida de una galaxia. En su centro, un agujero negro supermasivo devora enormes cantidades de gas y polvo. El material se calienta mientras gira a su alrededor y libera tanta energía que el núcleo puede brillar cientos o miles de veces más que el resto de la galaxia. Los dos nuevos récords emitían una luz comparable a la de un billón de soles.
Precisamente por eso pueden observarse a distancias inmensas. El problema es que los cuásares ya eran extremadamente raros en aquella época. Solo unas pocas galaxias habían tenido tiempo de crecer lo suficiente para albergar agujeros negros tan grandes, y su luz tenue puede confundirse fácilmente con estrellas frías situadas dentro de la Vía Láctea.
Euclid resolvió parte del problema combinando dos características poco habituales: puede observar áreas enormes del cielo y hacerlo en luz visible e infrarroja desde fuera de la atmósfera terrestre. Durante el primer año y medio de su estudio amplio examinó aproximadamente 3.000 grados cuadrados, una extensión imposible de cubrir con la misma profundidad utilizando telescopios más especializados.
La expansión del universo desplaza hacia el infrarrojo la luz originalmente ultravioleta de estos objetos. Euclid puede detectarla en sus bandas visibles y de infrarrojo cercano, pero eso todavía deja millones de posibles candidatos. Allí entraron los algoritmos.
El aprendizaje automático redujo millones de puntos luminosos a una lista comprobable
Los investigadores aplicaron varios sistemas de aprendizaje automático y métodos probabilísticos a las imágenes obtenidas por Euclid. Los programas compararon el brillo de cada objeto en cuatro bandas diferentes y añadieron datos de otros observatorios cuando estaban disponibles.
El objetivo no era que una inteligencia artificial declarase automáticamente qué punto era un cuásar. Su tarea consistía en descartar estrellas, galaxias cercanas y otros impostores para producir una lista reducida de candidatos prometedores. La confirmación definitiva siguió dependiendo de la espectroscopia, que separa la luz en sus distintas longitudes de onda y permite medir el desplazamiento al rojo con precisión.
Las observaciones posteriores se realizaron con los telescopios Keck, en Hawái; Magallanes, en Chile; y el Gran Telescopio Binocular de Arizona. De ese proceso surgieron los 31 cuásares confirmados, distribuidos entre desplazamientos al rojo de 6,6 y 7,8.
La diferencia respecto a búsquedas anteriores es enorme. Durante más de una década, los astrónomos habían conseguido localizar alrededor de diez cuásares por encima de un desplazamiento al rojo de 7. Euclid ha encontrado doce nuevos en sus primeros resultados, incluidos objetos menos luminosos que solían quedar fuera de los catálogos.
Eso permitirá estudiar no solo a los monstruos más brillantes, sino también a una población más representativa. Hasta ahora, intentar comprender los primeros agujeros negros observando únicamente los cuásares más luminosos era parecido a reconstruir una ciudad examinando solo sus edificios más altos.
El verdadero misterio es cómo crecieron tanto en tan poco tiempo
Los nuevos cuásares pertenecen a la época de la reionización, cuando la radiación de las primeras estrellas, galaxias y agujeros negros comenzó a transformar el hidrógeno neutro que llenaba el universo. Su luz conserva información sobre aquel gas y permite investigar cómo el cosmos salió de sus llamadas edades oscuras.
Pero también agrava un problema conocido. Para alcanzar cientos de millones o incluso miles de millones de masas solares en menos de 700 millones de años, los primeros agujeros negros tuvieron que nacer con semillas mucho mayores de lo esperado, alimentarse a velocidades extremas o crecer mediante una combinación de acreción y fusiones.
El segundo cuásar más lejano, EUCL J1253+7054, ya ha ofrecido una pista. Las observaciones realizadas con NOEMA muestran que vive dentro de una galaxia cargada de polvo y gas, capaz de formar cientos de estrellas semejantes al Sol cada año. El estudio estima además una reserva molecular cercana a 10.000 millones de masas solares y un agujero negro de al menos unos 100 millones de masas solares, bajo determinadas suposiciones sobre su alimentación.
El James Webb podrá medir con mayor precisión las masas de estos agujeros negros y analizar el gas situado a su alrededor. Observatorios como ALMA y NOEMA ayudarán a reconstruir las galaxias que los alimentaban.
Euclid todavía debe cartografiar más de un tercio del cielo. Los 31 cuásares son apenas el resultado de su primera etapa, por lo que el próximo récord podría encontrarse ya escondido entre sus datos. El telescopio fue enviado al espacio para observar la arquitectura invisible del universo, pero quizá termine resolviendo otro enigma igual de profundo: cómo el cosmos fabricó monstruos de miles de millones de soles cuando todavía era prácticamente un recién nacido.
