Observatório Keck e Missão Euclides dobram população de quasares conhecidos

Astrônomos que usam o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Ilha Havaí, confirmaram dois terços (21 de 31) dos quasares mais antigos da missão Euclides, incluindo dois dos mais distantes já observados. Os quasares representam uma breve fase na vida de uma galáxia durante a qual grandes quantidades de material espiralam para o buraco negro supermassivo central, liberando enormes quantidades de energia. Nessa fase, o núcleo da galáxia pode se tornar uma das fontes persistentes mais brilhantes do Universo. Astrônomos vêm caçando os primeiros quasares do Universo há décadas. Esses arquivos celestes revelam condições nos primeiros dias do cosmos, incluindo como os primeiros buracos negros supermassivos e galáxias se formaram. Mas acessá-los não é fácil. Quasares dessa era são difíceis de encontrar: são elusivos, pois poucas galáxias tiveram tempo para crescer o suficiente, e sua luz viajou por mais de 13 bilhões de anos para nos alcançar, chegando tênue e estendida para comprimentos de onda infravermelhos, onde pode se assemelhar a estrelas frias próximas. Para confirmar esses quasares abrangendo desvios para o vermelho de 6,5 em diante, a equipe usou três instrumentos no Observatório Keck, cobrindo uma ampla faixa de comprimentos de onda: o Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE), o Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) e o Keck Cosmic Web Imager (KCWI). Com esses instrumentos, a equipe analisou a luz de mais de 100 candidatos no céu do norte, procurando em cada um uma assinatura reveladora: uma queda acentuada no brilho conhecida como ruptura Lyman-alfa. Esse corte é impresso pelo gás hidrogênio que permeava o universo primitivo, que absorvia a luz do quasar em comprimentos de onda específicos antes de poder nos alcançar. A localização exata dessa queda confirma que o objeto é um quasar genuíno e determina sua distância. O desafio é que esses quasares parecem incrivelmente fracos devido às suas distâncias extremas, então detectar esse sinal requer a combinação de instrumentos altamente sensíveis e a capacidade de captação de luz dos maiores telescópios terrestres do mundo, como o Observatório Keck. Antes de Euclides, os astrônomos haviam identificado apenas alguns quasares com desvio para o vermelho 7 ou superior após décadas de busca — uma medida de distância ligada a como a luz se estende à medida que o universo se expande — correspondendo aos primeiros 770 milhões de anos após o Big Bang. Encontrar mais e avançar mais fundo no universo primitivo é extraordinariamente desafiador por várias razões: tão cedo na história cósmica, poucas galáxias haviam crescido o suficiente para alimentá-las; os que existiam estão tão distantes que sua luz viaja há mais de 13 bilhões de anos, chegando incrivelmente tênue; E ao longo dessa vasta jornada, a luz foi esticada em comprimentos de onda infravermelhos, invisíveis para telescópios ópticos tradicionais. A missão já descobriu 12 novos quasares acima do redshift 7, mais que dobrando a população conhecida. Pela primeira vez, os astrônomos têm uma amostra grande o suficiente para estudar esses antigos quasares não como curiosidades individuais, mas como população, construindo o primeiro quadro estatístico de como buracos negros supermassivos se formaram e cresceram nas primeiras épocas do Universo. Os dois mais antigos do lote, EUCL J172902,75+641018,1 e EUCL J125308,55+705432,3, apresentam desvios para o vermelho de 7,77 e 7,69, respectivamente, estabelecendo um novo recorde para o maior número de quasares antigos já encontrados. Ambos estão a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância e surgiram durante os primeiros 670 milhões de anos do Universo. À medida que o telescópio espacial Euclid da ESA continua a escanear novos céus, a probabilidade de encontrar os primeiros quasares além do desvio para o vermelho 8 aumenta. Um quasar de desvio para o vermelho 8 estaria brilhando quando o Universo tivesse menos de cerca de 630 milhões de anos e também colocaria as restrições diretas mais fortes até agora sobre como os primeiros buracos negros supermassivos poderiam ter se formado e crescido.