p As observações do Observatório Gemini identificam uma impressão digital importante de um quasar extremamente distante, permitindo aos astrônomos amostrar a luz emitida desde o início dos tempos. Os astrônomos tiveram este profundo vislumbre do espaço e do tempo graças a uma galáxia normal em primeiro plano atuando como uma lente gravitacional, que ampliou a luz ancestral do quasar. As observações de Gêmeos fornecem peças críticas do quebra-cabeça para confirmar este objeto como o quasar de aparência mais brilhante tão cedo na história do Universo, aumentando a esperança de que mais fontes como esta sejam encontradas. p Antes que o cosmos atingisse seu bilionésimo aniversário, algumas das primeiras luzes cósmicas começaram uma longa jornada através do Universo em expansão. Um feixe de luz em particular, de uma fonte energética chamada quasar, passou acidentalmente perto de uma galáxia intermediária, cuja gravidade dobrou e ampliou a luz do quasar e o reorientou em nossa direção, permitindo que telescópios como o Gemini North investiguem o quasar em grandes detalhes.

p "Se não fosse por este telescópio cósmico improvisado, a luz do quasar pareceria cerca de 50 vezes mais fraca, "disse Xiaohui Fan, da Universidade do Arizona, que liderou o estudo." Esta descoberta demonstra que quasares fortemente gravitacionais existem, apesar do fato de que estamos procurando há mais de 20 anos e não encontramos nenhum outro tão distante no tempo. "

p As observações da Gemini forneceram peças-chave do quebra-cabeça, preenchendo uma lacuna crítica nos dados. O telescópio Gemini North em Maunakea, Havaí, utilizou o Gemini Near-InfraRed Spectrograph (GNIRS) para dissecar uma faixa significativa da parte infravermelha do espectro de luz. Os dados da Gemini continham a assinatura reveladora do magnésio, que é crítica para determinar o quanto voltamos no tempo. As observações de Gêmeos também levaram à determinação da massa do buraco negro que alimenta o quasar. "Quando combinamos os dados do Gemini com as observações de vários observatórios em Maunakea, o telescópio espacial Hubble, e outros observatórios em todo o mundo, fomos capazes de pintar um quadro completo do quasar e da galáxia intermediária, "disse Feige Wang da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, quem é membro da equipe de descoberta.

p Essa imagem revela que o quasar está localizado extremamente distante no tempo e no espaço - pouco depois do que é conhecido como a Época da Reionização - quando a primeira luz emergiu do Big Bang. "Esta é uma das primeiras fontes a brilhar quando o Universo emergiu da idade das trevas cósmicas, "disse Jinyi Yang da Universidade do Arizona, outro membro da equipe de descoberta. "Antes desta, sem estrelas, quasares, ou galáxias foram formadas, até que objetos como este parecessem velas no escuro. "

p A galáxia em primeiro plano que melhora nossa visão do quasar é especialmente escura, o que é extremamente fortuito. "Se esta galáxia fosse muito mais brilhante, não teríamos sido capazes de diferenciá-lo do quasar, "explicou Fan, acrescentando que esta descoberta mudará a maneira como os astrônomos procuram quasares com lentes no futuro e pode aumentar significativamente o número de descobertas de quasares com lentes. Contudo, como Fan sugeriu, "Não esperamos encontrar muitos quasares mais brilhantes do que este em todo o Universo observável."

p O brilho intenso do quasar, conhecido como J0439 + 1634 (J0439 + 1634 para breve), também sugere que é alimentado por um buraco negro supermassivo no coração de uma jovem galáxia em formação. A ampla aparência da impressão digital de magnésio capturada por Gêmeos também permitiu aos astrônomos medir a massa do buraco negro supermassivo do quasar em 700 milhões de vezes a do sol. O buraco negro supermassivo é mais provavelmente cercado por um disco achatado considerável de poeira e gás. Este toro de matéria - conhecido como disco de acreção - provavelmente se espirala continuamente para dentro para alimentar a usina de força do buraco negro. As observações em comprimentos de onda submilimétricos com o telescópio James Clerk Maxwell em Maunakea sugerem que o buraco negro não está apenas acumulando gás, mas pode estar desencadeando o nascimento de estrelas a uma taxa prodigiosa - que parece ser de até 10, 000 estrelas por ano; por comparação, nossa Via Láctea produz uma estrela por ano. Contudo, por causa do efeito de aumento de lentes gravitacionais, a taxa real de formação de estrelas pode ser muito menor.

p Quasares são fontes extremamente energéticas alimentadas por enormes buracos negros que se acredita terem residido nas primeiras galáxias a se formarem no Universo. Por causa de seu brilho e distância, os quasares fornecem um vislumbre único das condições no início do Universo. Este quasar tem um desvio para o vermelho de 6,51, o que se traduz em uma distância de 12,8 bilhões de anos-luz, e parece brilhar com uma luz combinada de cerca de 600 trilhões de sóis, impulsionado pela ampliação da lente gravitacional. A galáxia em primeiro plano que desviou a luz do quasar está a cerca de metade dessa distância, a apenas 6 bilhões de anos-luz de nós.

p A equipe de Fan selecionou J0439 + 1634 como um candidato a quasar muito distante com base em dados ópticos de várias fontes:o Telescópio de Pesquisa Panorâmica e o Sistema de Resposta Rápida1 (Pan-STARRS1; operado pelo Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí), a Pesquisa do Hemisfério do Telescópio Infravermelho do Reino Unido (realizada em Maunakea, Havaí), e o arquivo do telescópio espacial Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA.

p As primeiras observações espectroscópicas de acompanhamento, conduzido no Telescópio Multi-Espelho no Arizona, confirmou o objeto como um quasar de alto redshift. As observações subsequentes com os telescópios Gemini North e Keck I no Havaí confirmaram a descoberta do MMT, e levou à detecção de Gêmeos da impressão digital crucial do magnésio - a chave para definir a distância fantástica do quasar. Contudo, a galáxia de lente de primeiro plano e o quasar parecem tão próximos que é impossível separá-los com imagens tiradas do solo devido ao embaçamento da atmosfera da Terra. Foram necessárias as imagens primorosamente nítidas do Telescópio Espacial Hubble para revelar que a imagem do quasar é dividida em três componentes por uma galáxia com lentes esmaecidas.

p O quasar está maduro para uma análise futura. Os astrônomos também planejam usar o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, e, eventualmente, o Telescópio Espacial James Webb da NASA, olhar dentro de 150 anos-luz do buraco negro e detectar diretamente a influência da gravidade do buraco negro no movimento do gás e na formação de estrelas em sua vizinhança. Quaisquer futuras descobertas de quasares muito distantes como J0439 + 1634 continuarão a ensinar os astrônomos sobre o ambiente químico e o crescimento de buracos negros massivos em nosso Universo primitivo.

p O estudo é descrito em uma apresentação no 233º encontro da American Astronomical Society em Seattle, Washington e publicado em The Cartas de jornal astrofísico .