Agujero negro encubierto descubierto en el Universo Temprano usando la Chandra de la NASA.
PSO167-13, un cuásar oculto.
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| Imágenes ópticas, rayos X y de radio de PSO167-13. Los datos de rayos X de Chandra revelaron lo que puede ser el agujero negro cubierto más distante. Encontrado en un momento solo unos 850 millones de años después del Big Bang, este agujero negro podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor una época importante en el Universo. Las búsquedas ópticas de luz, representadas por la gran imagen PanSTARRS, generalmente solo descubren cuásares no ocultos. Los rayos X de PSO167-13 muestran que este agujero negro está cubierto por espesas nubes de gas y polvo. Las imágenes de Chandra y ALMA muestran los mismos campos de visión alrededor de PSO167-13. Crédito: Rayos X: NASA / CXO / Ponticifca Catholic Univ. de Chile / F. Vito; Radio: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Óptico: PanSTARRS. |
Los astrónomos han descubierto evidencia del agujero negro "encubierto" más alejado encontrado hasta la fecha, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Con solo alrededor del 6% de la edad actual del universo, esta es la primera indicación de un agujero negro oculto por el gas en un momento tan temprano en la historia del cosmos.
Los agujeros negros supermasivos, que son de millones a miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol, generalmente crecen al extraer material de un disco de materia circundante. El rápido crecimiento genera grandes cantidades de radiación en una región muy pequeña alrededor del agujero negro. Los científicos llaman a esta fuente extremadamente brillante y compacta un "cuásar".
Según las teorías actuales, una densa nube de gas alimenta material al disco que rodea un agujero negro supermasivo durante su período de crecimiento temprano, que "encubre" u oculta gran parte de la luz brillante del cuásar a nuestra vista. A medida que el agujero negro consume material y se vuelve más masivo, el gas en la nube se agota, hasta que se descubre el agujero negro y su disco brillante.
"Es extraordinariamente difícil encontrar cuásares en esta fase encubierta porque gran parte de su radiación es absorbida y no puede ser detectada por los instrumentos actuales", dijo Fabio Vito, de la Pontificia Universidad Católica de Chile, en Santiago, Chile, quien dirigió el estudio. "Gracias a Chandra y la capacidad de los rayos X para atravesar la nube oscura, creemos que finalmente lo hemos logrado".
El nuevo hallazgo provino de observaciones de un cuásar llamado PSO167-13, que fue descubierto por primera vez por Pan-STARRS, un telescopio de luz óptica en Hawai. Las observaciones ópticas de estas y otras encuestas han detectado unos 180 cuásares que ya brillaban intensamente cuando el universo tenía menos de mil millones de años, o alrededor del 8 por ciento de su edad actual. Estas encuestas solo se consideraron efectivas para encontrar agujeros negros sin obstrucciones, porque la radiación que detectan es suprimida incluso por nubes delgadas de gas y polvo. Dado que PSO167-13 era parte de esas observaciones, se esperaba que este cuásar también estuviera despejado.
El equipo de Vito pudo probar esta idea utilizando Chandra para observar PSO167-13 y otros nueve cuásares descubiertos con estudios ópticos. Después de 16 horas de observación, solo se detectaron tres partículas de luz de rayos X del PSO167-13, todas con energías relativamente altas. Dado que los rayos X de baja energía se absorben más fácilmente que los de mayor energía, la explicación probable es que el cuásar está muy oscurecido por el gas, lo que permite detectar solo rayos X de alta energía.
"Esto fue una completa sorpresa", dijo el coautor Niel Brandt de la Universidad Penn State en University Park, Pensilvania. "Era como si esperáramos una polilla, pero vimos un capullo en su lugar. Ninguno de los otros nueve cuásares que observamos estaban encubiertos, que es lo que anticipamos".
Un giro interesante para PSO167-13 es que la galaxia que alberga el cuásar tiene una galaxia compañera cercana, visible en datos previamente obtenidos con el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) de antenas de radio en Chile y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Debido a su estrecha separación y a la debilidad de la fuente de rayos X, el equipo no pudo determinar si la emisión de rayos X recién descubierta está asociada con el cuásar PSO167-13 o con la galaxia compañera.
Si los rayos X provienen del cuásar conocido, entonces los astrónomos deben desarrollar una explicación de por qué el cuásar parecía muy oscurecido en los rayos X pero no en la luz óptica. Una posibilidad es que haya habido un aumento grande y rápido en el encubrimiento del cuásar durante los tres años transcurridos entre el momento en que se realizaron las observaciones ópticas y las de rayos X.
Por otro lado, si en cambio los rayos X surgen de la galaxia compañera, entonces representa la detección de un nuevo cuásar cerca de PSO167-13. Este par de cuásares sería el más distante detectado hasta ahora.
En cualquiera de estos dos casos, el cuásar detectado por Chandra sería el más oculto que se haya visto hasta ahora, a 850 millones de años después del Big Bang. El poseedor del récord anterior se observó 1.300 millones de años después del Big Bang.
Los autores planean hacer un seguimiento con más observaciones para obtener más información.
"Con una observación más larga de Chandra podremos obtener una mejor estimación de cuán oscurecido está este agujero negro", dijo el coautor Franz Bauer, también de la Pontificia Universidad Católica de Chile, "y hacer una identificación segura de la X fuente de rayos con el quásar conocido o la galaxia compañera ".
Los autores también planean buscar más ejemplos de agujeros negros altamente oscurecidos.
"Sospechamos que la mayoría de los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo están ocultos: entonces es crucial detectarlos y estudiarlos para comprender cómo podrían crecer a masas de mil millones de soles tan rápido", dijo el coautor Roberto Gilli del INAF en Bolonia, Italia.
Un documento que describe estos resultados es aceptado para su publicación en Astronomía y Astrofísica y está disponible en línea. El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde Cambridge, Massachusetts.
Un rápido vistazo a PSO167-13.
Otros materiales sobre los hallazgos están disponibles en:
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Contactos de medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
617-496-7998
• Comunicado de prensa en Chandra, el 8 de agosto del 2.019, enlace comunicado.
