Los cuásares representan una etapa en la vida de una galaxia durante la cual grandes volúmenes de materia giran en espiral hacia un agujero negro supermasivo central, liberando enormes cantidades de energía. Durante esta etapa, el núcleo galáctico brilla más que cualquier otro objeto en el universo, a menudo superando en brillo al resto de su galaxia anfitriona por cientos o miles de veces. Los cuásares son los centros extremadamente brillantes de las galaxias, alimentados por agujeros negros supermasivos que se alimentan activamente. El estudio de estos objetos puede ayudar a los investigadores a comprender cómo evolucionan los agujeros negros en el universo actual. Sin embargo, al atraer gas y polvo, estos agujeros negros liberan tanta energía que pueden eclipsar galaxias enteras, lo que dificulta su estudio.
En 2026, el Telescopio Espacial Euclid de la Agencia Espacial Europea descubrió 31 de los cuásares más antiguos jamás hallados. Dos de estos gigantescos y deslumbrantes núcleos galácticos, alimentados por enormes agujeros negros, son los cuásares más antiguos observados en la historia cósmica. Brillaban con una luminosidad equivalente a un billón de soles cuando el universo tenía 670 millones de años, apenas el 5% de su edad actual.
Los científicos llevan décadas buscando los primeros cuásares del Universo. Estos objetos revelan lo que ocurrió en los albores del cosmos, incluyendo cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos y galaxias. Sin embargo, los cuásares de esta era son difíciles de encontrar. Son raros porque solo unas pocas galaxias han logrado crecer lo suficiente, y su luz primordial es tenue y se confunde fácilmente con la luz de estrellas más cercanas a nosotros. El artículo «Euclid: Descubrimiento de 31 nuevos cuásares en 6,6 < z < 7,8», de D. Yang et al., se publicó el 6 de julio de 2026 en la revista Astronomy & Astrophysics.
El telescopio Euclid ha descubierto los cuásares más antiguos del Universo. ESA
El telescopio Euclid, lanzado en 2023, profundiza en esta misteriosa parte de la historia cósmica antigua y obtiene resultados fascinantes. En 2026, el telescopio descubrió un número sin precedentes de nuevos cuásares (31) en el universo primitivo, lo que permite retroceder la línea de tiempo hasta una época en la que el cosmos tenía solo el 5 % de su edad actual, según el servicio de prensa de la Agencia Espacial Europea.
«Estos cuásares primigenios se remontan a los albores del universo», afirma Daming Yan, de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, autor principal del artículo sobre el descubrimiento del cuásar Euclid. «Al encontrarlos y estudiarlos, podemos comprender mejor cómo se formaron y expandieron tan rápidamente estos enormes sistemas, uno de los mayores misterios de la astrofísica».
Los primeros cuásares conocidos hasta ahora eran solo la punta del iceberg: anomalías brillantes y poco frecuentes, las más fáciles de detectar. Sencillamente, no se habían encontrado suficientes cuásares del universo primitivo para estudiarlos adecuadamente en su conjunto. Un nuevo descubrimiento del telescopio Euclid lo cambia todo, abarcando no solo las anomalías brillantes, sino también la mayor parte de la población de cuásares antiguos.
«Euclid supone un auténtico avance», añade Daming. «Anteriormente, solo podíamos detectar algunos de los cuásares antiguos más brillantes, pero Euclid nos permite buscarlos de forma mucho más eficiente en vastas extensiones del cielo, captando una luz mucho más tenue. Es una herramienta única para la búsqueda de cuásares».
Este descubrimiento añade 12 nuevos cuásares con un desplazamiento al rojo —una medida de distancia y movimiento relacionada con la forma en que la luz se desplaza a través del cosmos en expansión— de 7 o superior, lo que corresponde a los primeros 770 millones de años de existencia del universo.
Ubicación de 31 nuevos cuásares euclidianos. ESA
Los dos cuásares más antiguos de este grupo, EUCL J172902.75+641018.1 y EUCL J125308.55+705432.3, tienen desplazamientos al rojo de 7,77 y 7,69, respectivamente, estableciendo un nuevo récord para los cuásares más antiguos jamás descubiertos. Ambos se encuentran a poco más de 13 mil millones de años luz de distancia y se formaron durante los primeros 670 millones de años de existencia del universo.
«Este descubrimiento duplica con creces el número de cuásares antiguos que conocemos», afirma Antonio La Marca, investigador de la ESA en el equipo Euclid. Los astrónomos tardaron más de una década en descubrir los primeros diez cuásares con desplazamientos al rojo de 7 o superiores, pero Euclid ya ha encontrado más en tan solo un año.
«El equipo de Euclid ha realizado, por primera vez, un verdadero «censo» de cuásares en los albores del universo», añade Antonio. «Este es un paso fundamental para comprender estos extraordinarios objetos a un nivel más profundo».
El segundo cuásar más antiguo descubierto por Daming y sus colegas fue estudiado recientemente con mayor detalle por Silvia Belladitta y sus colaboradores. Estas observaciones revelaron que el cuásar reside en una galaxia polvorienta y llena de gas que está formando activamente nuevas estrellas, lo que sugiere que podría ser la galaxia anfitriona de un agujero negro supermasivo primigenio.
Los cuásares nos remiten a un período fascinante de la historia cósmica conocido como la «Época de la Reionización»: cuando todo transitó del frío y la oscuridad (la «Edad Oscura») al calor y la ionización (la división de la energía mediante la luz). Esta era de transición fue crucial, ya que sentó las bases de todo lo que vemos hoy.
«Los cuásares antiguos son descubrimientos excepcionales. Son interesantes por sí mismos, pero también como máquinas del tiempo, que nos permiten explorar el universo primitivo y comprender cómo surgió la primera generación de galaxias», afirma Valeria Pettorino, científica del proyecto Euclid de la Agencia Espacial Europea.
Cuásares descubiertos por Euclides. ESA
«Las capacidades del telescopio Euclid no tienen parangón. El telescopio combina un amplio campo de visión, gran profundidad de campo, imágenes nítidas y una visión infrarroja espacial única, lo que permite detectar objetos raros y extremadamente distantes con mucha más eficacia que antes.»
Y no se trata solo del telescopio: el procesamiento de datos solo es posible gracias a los miles de científicos e ingenieros del consorcio Euclid que trabajan juntos para realizar descubrimientos científicos, analizando enormes cantidades de datos para identificar cuásares raros y distantes que podemos estudiar con mayor profundidad con telescopios terrestres.
Los 31 cuásares que aquí se presentan fueron descubiertos a partir de datos obtenidos por el ambicioso proyecto Euclid, que, una vez completado, abarcará más de un tercio del cielo. Euclid desvelará los secretos del universo oscuro; el telescopio estudia su composición, historia y evolución, y cartografía su estructura a gran escala mediante la observación de miles de millones de galaxias y el descubrimiento de numerosos cuásares.
El cuásar con el mayor desplazamiento al rojo en este estudio se llama EUCL J172902.75+641018.1 (desplazamiento al rojo 7.77), y el segundo con mayor desplazamiento al rojo es EUCL J125308.55+705432.3 (desplazamiento al rojo 7.69). El anterior poseedor del récord, descubierto en 2021, tenía un desplazamiento al rojo de 7.64.
Recreación artística de un antiguo cuásar. ESA
La sonda Euclid fue lanzada en julio de 2023 y comenzó sus observaciones científicas programadas el 14 de febrero de 2024. En noviembre de 2023 y mayo de 2024, el mundo pudo apreciar por primera vez la calidad de las imágenes de Euclid, y en octubre de 2024 se publicó la primera parte de su extenso mapa del Universo. El primer lote de datos del estudio de Euclid, que incluye una visión general preliminar de sus regiones profundas, se publicó en marzo de 2025. Puede encontrar más información sobre los descubrimientos de la misión y los datos publicados en: esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid
Euclid es una misión europea, desarrollada y operada por la ESA con contribuciones de sus Estados miembros y la NASA. El consorcio Euclid, integrado por más de 2000 científicos de 300 institutos en 15 países europeos, Estados Unidos, Canadá y Japón, es responsable de proporcionar los instrumentos científicos y analizar los datos científicos. La ESA seleccionó a Thales Alenia Space como contratista principal para la construcción del satélite y su módulo de servicio, mientras que Airbus Defence and Space fue seleccionada para desarrollar el módulo de carga útil, incluido el telescopio. La NASA proporcionó los detectores del espectrómetro y fotómetro de infrarrojo cercano (NISP). Euclid es una misión de clase media dentro del plan Space Vision de la ESA.
La inteligencia artificial ha descubierto siete «cuásares» que distorsionan el espacio-tiempo. Esto podría ayudarnos a comprender cómo evolucionan y crecen los agujeros negros supermasivos.
Algunos de los objetos más brillantes del Universo podrían contener pistas sobre la evolución de las galaxias, especialmente cuando la gravedad los convierte en gigantescas lupas cósmicas. Los resultados de la investigación se publicaron el 22 de julio de 2026 en The Astrophysical Journal.
Mediante el uso de inteligencia artificial para analizar datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés), los astrónomos han identificado siete candidatos prometedores para cuásares que actúan como lentes gravitacionales: lupas cósmicas naturales que se forman cuando la gravedad de un objeto masivo desvía y magnifica la luz de un objeto más distante.
Según un comunicado de la Universidad Estatal de Ohio, estos sistemas inusuales podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo evolucionan los agujeros negros supermasivos en fase de crecimiento activo.
En este campo profundo cósmico se puede observar el efecto de lente gravitacional. Nótese cómo algunos de los puntos brillantes aparecen como puntos, mientras que otros aparecen como líneas. NASA, ESA, CSA, STScI, Jose Diego (IFCA), Jordan D’Silva (UWA), Anton Kukemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Roger Windhorst (ASU), Haojing Yang (Universidad de Missouri); Procesamiento de imágenes: Joseph DePasquale (STScI)
«Los cuásares son como las primeras imágenes de un agujero negro supermasivo», declaró Everett MacArthur, autor principal del estudio y estudiante de posgrado en astronomía de la Universidad Estatal de Ohio. «Por lo tanto, estudiar cómo pasamos de los cuásares a estos agujeros negros es realmente importante».
En raras ocasiones, cuando un cuásar actúa como una lente gravitacional, se evita este problema, lo que brinda a los astrónomos la oportunidad única de observar tanto el propio cuásar como la galaxia distante cuya luz se amplifica por su gravedad.
Sin embargo, detectar estas raras coincidencias puede ser extremadamente difícil. Para identificarlas, el equipo de investigación partió de un catálogo de aproximadamente 800.000 cuásares identificados por DESI y utilizó un modelo de aprendizaje automático para buscar señales sutiles de lentes gravitacionales.
Debido a que se conocen muy pocos cuásares con lentes gravitacionales, los investigadores contaban con escasos datos reales para entrenar su modelo de IA. En su lugar, generaron ejemplos simulados de estas alineaciones cósmicas, lo que permitió al algoritmo aprender a encontrar los parámetros adecuados antes de buscar en el catálogo DESI. El algoritmo redujo la búsqueda a aproximadamente 200 candidatos, que los investigadores revisaron manualmente. Este proceso identificó siete nuevos candidatos a cuásares con lentes gravitacionales.
Este concepto artístico representa la brillante luz de dos cuásares ubicados en los núcleos de dos galaxias que se encuentran en proceso de fusión caótica. NASA, ESA y J. Olmsted (STScI).
Según el comunicado, estos descubrimientos representan aproximadamente el doble del número de sistemas conocidos descubiertos en estudios exploratorios similares.
Si bien la inteligencia artificial desempeñó un papel fundamental en la identificación de candidatos, estos descubrimientos ponen de relieve el potencial científico oculto en la enorme cantidad de datos generados por la astronomía moderna. DESI cartografía millones de galaxias y cuásares, creando un vasto archivo que sería prácticamente imposible de examinar manualmente.
Se necesitarán más observaciones para confirmar las lentes de cuásares recién descubiertas y estudiar sus propiedades con mayor detalle. De confirmarse, podrían proporcionar a los astrónomos una nueva y poderosa herramienta para estudiar cómo los agujeros negros supermasivos formaron las galaxias que los rodean, además de demostrar cómo la inteligencia artificial puede descubrir fenómenos cósmicos raros ocultos en la gran cantidad de datos obtenidos de los estudios astronómicos modernos.
En 2024, astrónomos que utilizaban el telescopio espacial James Webb descubrieron el primer «zigzag de Einstein»: la imagen de un cuásar que se repite seis veces en una sola imagen. Este fenómeno fue creado por un efecto propuesto por primera vez por Albert Einstein en 1915, llamado «lente gravitacional», y podría ayudar a los científicos a evitar una crisis en cosmología.
Este sistema, denominado J1721+8842, consiste en un cuásar —un núcleo galáctico extremadamente luminoso— afectado por la lente gravitacional de dos galaxias muy separadas pero perfectamente alineadas. Esta observación no solo es increíblemente rara, y representa un ejemplo fascinante del curioso fenómeno de la curvatura del espacio-tiempo descrito en la obra fundamental de Albert Einstein sobre la teoría de la gravedad, la relatividad general, sino que además posee una intensidad sin precedentes para las lentes gravitacionales convencionales, según un artículo publicado en arXiv.
Imagen de J1721+8842, con seis apariciones del cuásar de fondo etiquetadas de la A a la F. Dux et al., 2017
El primer zigzag de Einstein observado por la humanidad podría ayudar a los científicos a resolver dos de los mayores misterios de la cosmología. El primero se refiere a la naturaleza de la energía oscura, la fuerza que impulsa la expansión acelerada del universo, responsable de aproximadamente el 70% del equilibrio entre la energía y la materia cósmicas. El segundo se refiere a una discrepancia que los científicos descubren al medir la tasa de expansión del universo: la constante de Hubble.
La relatividad general postula que los objetos con masa provocan una curvatura en la estructura misma del espacio-tiempo, que se fusionan en una sola entidad llamada «espaciotiempo». Cuanto mayor sea la masa de un objeto, mayor será la «curvatura» que produce en el espaciotiempo. Dado que la gravedad surge de esta curvatura, cuanto mayor sea la masa de un objeto, más intenso será su efecto gravitatorio.
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El efecto de lente gravitacional se produce cuando la luz de una fuente de fondo pasa por un cuerpo masivo que actúa como lente en su camino hacia la Tierra y, por lo tanto, sigue la curvatura del espacio resultante, lo que provoca que su propia trayectoria se curve. De este modo, la luz de esta fuente de fondo toma trayectorias diferentes alrededor de la lente gravitacional, acercándose a la masa lente a distintas distancias y curvándose en diferentes grados. Esto significa que la luz de la misma fuente de fondo puede llegar al mismo telescopio en momentos diferentes.
Como resultado, el mismo cuerpo emisor de luz de fondo puede aparecer en múltiples ubicaciones en una sola imagen. Estos objetos pueden formar estructuras similares a los anillos de Einstein, las cruces de Einstein y, en este caso particular, los zigzags de Einstein.
El JWST no fue en realidad el primer telescopio en descubrir J1721+8842. Este cuásar con efecto de lente gravitacional, que en realidad está compuesto de gas y polvo que brillan intensamente alrededor de un agujero negro supermasivo en constante alimentación, fue descubierto por Cameron Lemon en 2017 utilizando el Telescopio de Sondeo Panorámico y Sistema de Respuesta Rápida (Pan-STARRS) en el Observatorio Haleakala en Hawái.
Al principio, parecía que el cuásar estaba siendo afectado por una lente gravitacional solo cuatro veces. Sin embargo, la sensibilidad del telescopio JWST reveló que, en realidad, dos galaxias estaban afectando a este cuásar distante seis veces, y que la galaxia más distante en esta configuración también estaba siendo afectada por la galaxia más cercana.
J1721+8842, observado por el proyecto Pan-STARRS en 2017, parece ser simplemente cuatro cuásares con lente gravitacional. Pan-STARRS/Lemon 2017
Normalmente, las lentes gravitacionales creadas por una sola galaxia forman dos o cuatro imágenes de la fuente de fondo, según su alineación. En este caso, se observa una alineación excepcional entre dos galaxias y un cuásar de fondo, creando una configuración inusual de seis imágenes. Esto se conoce como «zigzag de Einstein» porque la trayectoria óptica de dos de las múltiples imágenes pasa por la primera galaxia por un lado antes de desviarse pasando por la segunda por el otro. Esta trayectoria óptica crea un patrón en zigzag entre las dos galaxias.
El autor principal del estudio e investigador del Laboratorio de Astrofísica de la EPFL, Frédéric Dukes, afirmó que esta es la primera vez que los científicos descubren una alineación tan perfecta entre tres cuerpos diferentes que crean una lente gravitacional.
La galaxia más cercana en esta lente gravitacional es tan distante que su luz tardó 2300 millones de años en llegar a la Tierra, mientras que la luz de la galaxia más lejana tardó 10 000 millones de años en llegar hasta nosotros. Sin embargo, a pesar de la enorme distancia entre estas dos galaxias, están tan bien alineadas que ambas actúan como detectores de la luz de un cuásar situado a unos 11 000 millones de años luz de distancia, mientras que la galaxia en primer plano también desvía la luz de la galaxia intermedia.
Este diagrama muestra cómo la curvatura del espacio-tiempo conduce al efecto de lente gravitacional. NASA, ESA y L. Calzada
El problema con la constante de Hubble surge porque medirla en el universo primitivo y extrapolar su evolución a lo largo de 13.800 millones de años de historia cósmica (utilizando el mejor modelo cosmológico) debería arrojar el mismo valor que el que miden los astrónomos al observar el universo local, y por lo tanto, medir la constante de Hubble en su edad actual. Sin embargo, existe una discrepancia significativa entre estos dos resultados. En ambos casos son posibles errores de medición, por lo que antes de declarar una crisis clara, es necesario seguir buscando posibles errores y refinando nuestras mediciones. Al reducir la incertidumbre en estas mediciones, la lente en zigzag de Einstein podría acercar el valor derivado de la constante de Hubble al valor observado.
Además, esta lente puede utilizarse simultáneamente para restringir la ecuación de estado de la energía oscura del Universo. Esta magnitud y la constante de Hubble suelen ser degeneradas, lo que significa que podemos avanzar en direcciones diferentes y aun así obtener un buen ajuste con los datos observacionales.
Si bien el telescopio JWST desempeñó un papel vital al revelar la verdadera naturaleza de J1721+8842 como una estructura en zigzag de Einstein, puede que no sea la mejor herramienta para encontrar otras estructuras tan esquivas.
Seis detecciones del mismo cuásar en una sola imagen obtenida con el telescopio JWST apuntan al descubrimiento del primer cuásar de Einstein en zigzag. Dux et al., 2024
En 2025, los científicos descubrieron 53 potentes cuásares que emitían chorros 50 veces más anchos que nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Los astrónomos han descubierto 53 nuevos cuásares alimentados por agujeros negros supermasivos que expulsan chorros de materia a una velocidad cercana a la de la luz, extendiéndose hasta 7,2 millones de años luz de diámetro, unas 50 veces el ancho de la Vía Láctea.
Estos objetos gigantescos, conocidos como cuásares de radio gigantes, forman parte de un grupo de 369 cuásares de radio descubiertos recientemente por astrónomos indios a partir de datos recopilados por el Telescopio de Radio de Metros Gigantes (GMRT), un conjunto de 30 antenas parabólicas ubicado cerca de Pune, India, como parte del proyecto de Sondeo del Cielo GMRT del TIFR (TGSS). El TGSS cubrió aproximadamente el 90 % del cielo sobre la Tierra, y su amplia cobertura celeste y alta sensibilidad lo convierten en una herramienta ideal para detectar estructuras emisoras de radio gigantes distantes, como los cuásares de radio gigantes. Los resultados del estudio se publicaron el 13 de noviembre de 2025 en la serie suplementaria de The Astrophysical Journal de la Sociedad Astronómica Estadounidense.
«El tamaño de estos chorros de radio es incomparable con el tamaño de nuestro sistema solar o incluso de nuestra galaxia», dijo Souvik Manik, miembro del equipo de investigación del City College de Midnapore, en un correo electrónico. «Estamos hablando de entre 20 y 50 diámetros de la Vía Láctea, todos ubicados muy cerca unos de otros».
Si bien se cree que todas las galaxias grandes tienen agujeros negros supermasivos con masas que oscilan entre millones y miles de millones de masas solares en sus centros, no todos estos gigantes cósmicos alimentan regiones centrales brillantes llamadas núcleos galácticos activos (AGN, por sus siglas en inglés) ni se observan como «cuásares», que son núcleos galácticos extremadamente poderosos.
Para alimentar un cuásar, un agujero negro supermasivo debe estar rodeado de una enorme cantidad de gas y polvo. Este material orbita alrededor de los agujeros negros supermasivos en estructuras aplanadas llamadas discos de acreción. La enorme influencia gravitatoria de los agujeros negros supermasivos genera poderosas fuerzas de marea en los discos de acreción, calentando este material y provocando que emita radiación brillante en todo el espectro electromagnético.
Sin embargo, los agujeros negros son conocidos por su naturaleza agresiva al consumir materia, y no toda la materia en los discos de acreción termina allí. Los fuertes campos magnéticos canalizan el gas altamente ionizado, o plasma, hacia los polos del agujero negro supermasivo, donde se acelera a velocidades cercanas a la de la luz y se expulsa en direcciones opuestas como potentes chorros dobles. Con el tiempo, al alcanzar distancias de varios años luz desde su origen, estos chorros pueden expandirse formando amplias estelas o «láminas» que se extienden mucho más allá del plano de la galaxia de la que provienen. Los chorros y las láminas emiten intensas ondas de radio.
Dos ejemplos de cuásares de radio gigantes descubiertos recientemente, cada uno con una extensión de millones de años luz. Pal, et al 2025
«Sus enormes chorros de radio convierten a estos cuásares en objetivos valiosos para comprender tanto las últimas etapas de su evolución como el medio intergaláctico en el que se expanden: el tenue gas que mantiene sus regiones emisoras de radio a millones de años luz del agujero negro central», afirmó el líder del equipo, Sabyasachi Pal, astrónomo del City College de Midnapore. «Sin embargo, encontrar estos gigantes es todo un reto». El investigador explicó que esto se debe a que el débil «puente» de radiación que conecta las dos regiones suele desvanecerse por debajo de los límites de detección, lo que hace que la estructura general parezca rota o incompleta.
«Los estudios de radio de baja frecuencia son particularmente eficaces para identificar estos sistemas porque el antiguo plasma de sincrotrón en los lóbulos emite con mayor intensidad a frecuencias de radio más bajas que a frecuencias más altas», continuó Pal.
El equipo de investigación observó una tendencia interesante con respecto a los cuásares de radio gigantes y sus entornos circundantes, descubriendo que al menos el 14% de estos objetos monstruosos se encuentran en grupos y cúmulos de galaxias, así como cerca de filamentos cósmicos de gas, polvo y materia oscura donde las galaxias se agrupan y crecen.
«El entorno parece desempeñar un papel importante en la configuración de la evolución de estos chorros de radio», declaró Netai Bhukta, miembro del equipo de investigación de la Universidad Sidho Kanho Birsha en Lagde, India. «En las regiones más densas, los chorros pueden ralentizarse, desviarse o verse interrumpidos por el gas circundante, mientras que en las regiones más vacías, pueden propagarse libremente a través del medio intergaláctico».
Aunque la mayoría de los cuásares tienen chorros dobles, los científicos han observado que estos chorros suelen ser desiguales en longitud o brillo, una diferencia conocida como asimetría del chorro de radio. «Esta asimetría nos indica que estos chorros se enfrentan a un entorno cósmico desigual», explicó Sushanta K. Mondal, miembro del equipo de la Universidad Sidho Kanho Birsha. «Por un lado, el chorro puede estar chocando contra nubes más densas de gas intergaláctico, lo que ralentiza su crecimiento, mientras que, por otro lado, se expande libremente en un entorno más tenue».
Los resultados del estudio parecen indicar que los cuásares gigantes a mayores distancias presentan una mayor asimetría en sus chorros en comparación con los cuásares más cercanos a la Vía Láctea. Esto podría deberse a que, cuanto más lejos se encuentran estos cuásares, más atrás en el tiempo los observamos, y el cosmos primitivo era mucho más caótico y estaba saturado de gas más denso, lo que distorsionaba las trayectorias de estos chorros.
Un poco de historia
En 2024, el telescopio espacial James Webb descubrió cuásares solitarios alimentados por agujeros negros supermasivos en el universo primitivo.
Se creía que las observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) eran engañosas, ya que los agujeros negros aislados deberían tener dificultades para acumular suficiente masa como para alcanzar un estado supermasivo, especialmente tan solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. Este descubrimiento complicó aún más el misterio de cómo algunos agujeros negros crecieron hasta alcanzar masas equivalentes a millones o incluso miles de millones de soles cuando el universo tenía menos de mil millones de años.
Estos hallazgos se obtuvieron después de que un equipo de científicos utilizara el telescopio JWST para estudiar los entornos de cinco de los cuásares más antiguos conocidos, que se formaron cuando el cosmos tenía entre 600 y 700 millones de años. El equipo descubrió que los entornos de estos cuásares, conocidos como «campos de cuásares», eran sorprendentemente diversos. Algunos eran entornos densamente poblados, como habían predicho los científicos, pero otros eran «almacenes vacíos» escasamente poblados que habrían tenido dificultades para sustentar el crecimiento de agujeros negros supermasivos. Los hallazgos del equipo se publicaron el 17 de octubre de 2024 en The Astrophysical Journal.
«Contrariamente a lo que se creía, descubrimos que, en promedio, estos cuásares no se encuentran necesariamente en las regiones más densas del universo primitivo. Algunos parecen estar ubicados en medio de la nada», declaró Anna-Christina Eilers, profesora asociada de física del MIT. «Resulta difícil explicar cómo estos cuásares pudieron alcanzar tamaños tan grandes si, aparentemente, no tenían de qué alimentarse».
Se creía que los agujeros negros supermasivos acechaban en los centros de todas las grandes galaxias del universo relativamente moderno. Dado que ninguna estrella es lo suficientemente grande como para colapsar, y los agujeros negros poseen masas tan monstruosas, los científicos sabían que los agujeros negros supermasivos debían formarse de manera diferente a los llamados «agujeros negros de masa estelar», con masas entre 10 y 100 masas solares, que se forman a partir de la muerte de estrellas masivas.
Los modelos sugerían que los agujeros negros supermasivos podían crecer mediante fusiones sucesivas de agujeros negros cada vez más grandes, pero el problema era que este proceso tardaría más de mil millones de años. Sin embargo, el telescopio JWST observó agujeros negros supermasivos que se formaron en mucho menos tiempo.
Esta ilustración muestra un agujero negro supermasivo alimentando cuásares. NASA/JPL–Caltech
Estos agujeros negros supermasivos son observables porque residen en entornos turbulentos y ricos en gas llamados núcleos galácticos activos (AGN), de los cuales se alimentan. Esto también facilita su crecimiento. La enorme masa de los agujeros negros en estos entornos hace que las nubes aplanadas de gas y polvo que los rodean brillen intensamente, a menudo superando la luz combinada de todas las estrellas de la galaxia en la que se encuentran. Esta luz, billones de veces más brillante que la del Sol, indica la presencia de un cuásar.
Sin embargo, los agujeros negros supermasivos requieren un «servicio de entrega» para mantener su entorno inmediato bien saturado de gas y polvo y así alcanzar una luminosidad tan increíble.
«Es sencillamente fenomenal que ahora contemos con un telescopio capaz de captar la luz de hace 13.000 millones de años con tanto detalle», declaró Eilers. «Por primera vez, el JWST nos ha permitido estudiar el entorno de estos cuásares, dónde se formaron y cómo era su entorno».
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Para estudiar las regiones cercanas a los cuásares, el equipo seleccionó cinco regiones alimentadas por agujeros negros supermasivos, que fueron estudiadas por el telescopio JWST entre agosto de 2022 y junio de 2023. Esto requirió unir varias imágenes para crear un mosaico del campo de cuásares de cada región que rodea al agujero negro supermasivo.
Mediante el procesamiento de imágenes con diferentes longitudes de onda de luz, también fue posible determinar si la luz provenía de una galaxia vecina del cuásar y medir a qué distancia se encontraba esa galaxia del brillante cuásar central.
«Hemos descubierto que la única diferencia entre estos cinco cuásares es que su entorno es completamente distinto», explicó Eilers. «Por ejemplo, un cuásar está rodeado por casi 50 galaxias, mientras que el otro solo tiene dos. Además, ambos cuásares son idénticos en tamaño, volumen y brillo, y se encuentran en el mismo universo».
Los resultados de la investigación del equipo ponen en duda la idea del crecimiento de agujeros negros supermasivos e incluso la formación de galaxias en general. Se creía que esta evolución estaba impulsada por una vasta «red cósmica» de materia oscura; la materia oscura constituye aproximadamente el 85% de toda la materia, pero permanece prácticamente invisible para nosotros.
En el universo primitivo, filamentos de materia oscura en la red cósmica guiaban el gas y el polvo, atrayendo materia primordial a lo largo de sus extensas ramificaciones. En las uniones de estos filamentos, se acumularon regiones de densidad de materia excesiva. Allí se formaron las primeras galaxias, y se espera que también se descubran los primeros cuásares.
«La red cósmica de materia oscura es una predicción sólida de nuestro modelo cosmológico del Universo, y puede describirse en detalle mediante simulaciones numéricas», declaró Elia Pizzati, líder del equipo y estudiante de doctorado en la Universidad de Leiden. «Al comparar nuestras observaciones con estas simulaciones, podemos determinar la ubicación exacta de los cuásares en la red cósmica».
Imagen de un antiguo cuásar alimentado por un agujero negro supermasivo en el universo primitivo, tomada por el telescopio JWST. Christina Eilers/Equipo EIGER
Los agujeros negros supermasivos situados en estos nodos de la red cósmica deberían crecer mediante una afluencia constante y rápida de gas y polvo procedente de la red cósmica, como un centro de recolección de larvas galácticas; esto permitiría a los cuásares alcanzar masas monstruosas y luminosidades extremas.
El entorno vacío parece indicar una falta de materia oscura y una sobredensidad de nodos en la red cósmica. Si esto es cierto, entonces las teorías existentes sobre los mecanismos de crecimiento no pueden explicar la formación de estos cuásares. Una posible solución a este misterio es que estos cuásares primigenios estén rodeados de polvo cósmico y, por lo tanto, sean invisibles.
«Nuestros resultados demuestran que aún falta una pieza clave en el rompecabezas de cómo crecen estos agujeros negros supermasivos», concluyó Eilers. «Si no hay suficiente material alrededor para que algunos cuásares crezcan continuamente, eso significa que debe haber otra forma de crecimiento que aún no hemos descubierto».
Cabe aclarar que, desde 2023, los astrónomos creen que los cuásares se forman durante las colisiones de galaxias, que dan como resultado la concentración y compresión de la materia interestelar.
Mientras estudiaban imágenes de 48 cuásares y más de 100 galaxias ordinarias obtenidas con el Telescopio Isaac Newton en la isla española de La Palma, los científicos observaron estructuras distorsionadas en las regiones exteriores de las galaxias que contenían cuásares. Los investigadores plantearon la hipótesis de que estas estructuras distorsionadas eran los restos de colisiones en las que el gas interestelar fue empujado hacia el agujero negro en el centro de la galaxia y, justo antes de ser absorbido, liberó una enorme cantidad de energía en forma de luz, emitiendo un destello similar al de un cuásar. Los resultados del estudio se publicaron en 2023 en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Al comparar galaxias con cuásares y galaxias sin ellos, los astrónomos han llegado a la conclusión de que las galaxias con cuásares tienen tres veces más probabilidades de interactuar o colisionar con otras galaxias. Es probable que nuestra Vía Láctea corra una suerte similar cuando, dentro de cinco mil millones de años, colisione con la galaxia de Andrómeda, iluminando el firmamento con algunos de los objetos más brillantes del universo.
El agujero negro supermasivo en el centro del cuásar J0529-4351, descubierto en 2024, tiene una masa entre 17 y 19 mil millones de veces mayor que la del Sol; cada año, absorbe, o «acumula», gas y polvo equivalentes a 370 masas solares. Esto hace que J0529-4351 sea tan luminoso que, si estuviera cerca del Sol, sería 500 billones de veces más brillante que nuestra estrella.
«Hemos descubierto el agujero negro de crecimiento más rápido conocido hasta la fecha. Tiene una masa de 17 mil millones de masas solares y absorbe poco más de una carga solar al día», declaró Christian Wolff, astrónomo de la Universidad Nacional de Australia y líder del equipo. «Esto lo convierte en el objeto más luminoso del universo conocido». Los resultados del estudio se publicaron el 19 de febrero de 2024 en la revista Nature Astronomy.
El objeto J0529-4351 fue descubierto en los datos hace más de 40 años, pero era tan brillante que los astrónomos no pudieron identificarlo como un cuásar.
Los cuásares son regiones en el centro de las galaxias que contienen agujeros negros supermasivos rodeados de gas y polvo, que alimentan estos vacíos. Las duras condiciones en los discos de materia que rodean a estos agujeros negros activos, llamados discos de acreción y creados por la inmensa gravedad de estos objetos, calientan el gas y el polvo, provocando que brillen intensamente.
La región del espacio alrededor del cuásar J0529-4351, que batió récords. ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey
Además, cualquier materia en estos discos que no sea acrecentada por el agujero negro se dirige hacia los polos del gigante cósmico, donde es expulsada como un chorro de partículas a velocidades cercanas a la de la luz, generando también una luz intensa. Como resultado, los cuásares en estas regiones de núcleos galácticos activos (AGN) pueden brillar más que la luz combinada de miles de millones de estrellas en las galaxias circundantes.
Pero incluso entre estos eventos excepcionalmente brillantes, J0529-4351 destaca.
La luz de J0529-4351 proviene de un enorme disco de acreción que alimenta un agujero negro supermasivo, cuyo diámetro, según estiman los investigadores, es de aproximadamente 7 años luz. Esto significa que atravesar este disco de acreción equivale a viajar entre la Tierra y el Sol unas 45 000 veces.
«Es asombroso que permaneciera desconocido hasta 2024, cuando ya conocemos un millón de cuásares menos impresionantes. Hasta ahora, literalmente lo teníamos delante de nuestras narices», declaró Christopher Onken, miembro del equipo y científico de la Universidad Nacional de Australia.
J0529-4351 fue descubierto por primera vez por el Sondeo del Cielo Austral Schmidt, que comenzó en 1980, pero se necesitaron décadas para confirmar que se trataba efectivamente de un cuásar. Los sondeos astronómicos a gran escala proporcionan tantos datos que los astrónomos necesitan modelos de aprendizaje automático para analizarlos y distinguir los cuásares de otros objetos celestes.
Estos modelos también se entrenan a partir de objetos ya descubiertos, lo que significa que pueden pasar por alto candidatos con propiedades excepcionales, como J0529-4351. De hecho, este cuásar es tan brillante que los modelos no lo detectaron, asumiendo que se trataba de una estrella ubicada relativamente cerca de la Tierra.
Ilustración del cuásar J059-4351, que batió récords: el brillante núcleo de una galaxia distante alimentada por un voraz agujero negro supermasivo. ESO/M. Kornmesser
Esta clasificación errónea se descubrió en 2023, cuando los astrónomos, que estudiaban la región del objeto utilizando el telescopio de 2,3 metros del Observatorio Seeding Spring en Australia, se dieron cuenta de que J0529-4351 era en realidad un cuásar.
El nuevo descubrimiento, que confirma que se trata del cuásar más brillante jamás observado, se realizó durante observaciones de seguimiento de J0529-4351 con el espectrógrafo X-shooter del Very Large Telescope (VLT) en la región del desierto de Atacama, en el norte de Chile.
Los astrónomos aún no han completado sus estudios del objeto J0529-4351.
Un equipo de investigadores cree que el agujero negro supermasivo en el centro de este cuásar se está alimentando cerca del límite de Eddington, es decir, el punto en el que la radiación que emite debería expulsar el gas y el polvo, agotando así las reservas cósmicas del agujero negro.
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