Casos de identidad equivocada de agujero negro.
Los astrónomos han descubierto un tipo de creciente agujero negro supermasivo disfrazado de otro, gracias a un conjunto de telescopios, incluido el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. La verdadera identidad de estos agujeros negros ayuda a resolver un misterio de larga duración en astrofísica.
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| Ilustraciones de AGN. Las ilustraciones de estos artistas muestran cómo estos agujeros negros están envueltos en capullos de material, lo que dificulta su identificación precisa. El capullo (rojo) rodea un disco de material que cae sobre el agujero negro, más un viento de material (azul) que se aleja del disco. Una porción del capullo está cortada para mostrar el agujero negro muy oscurecido. Este descubrimiento tiene implicaciones importantes para comprender cómo los agujeros negros supermasivos crecen y evolucionan durante miles de millones de años. (Crédito: NASA / CXC / M.Weiss) |
Los agujeros negros mal identificados son de una encuesta conocida como Chandra Deep Field-South (CDF-S), la imagen de rayos X más profunda jamás tomada.
Los agujeros negros supermasivos crecen tirando del material circundante, que se calienta y produce radiación en una amplia gama de longitudes de onda, incluidos los rayos X. Muchos astrónomos piensan que este crecimiento incluye una fase, que sucedió hace miles de millones de años, cuando un denso capullo de polvo y gas cubre la mayoría de los agujeros negros. Estos capullos de material son la fuente de combustible que permite que el agujero negro crezca y genere radiación.
Con base en la imagen actual de los astrónomos, deberían existir muchos agujeros negros inmersos en un capullo de este tipo (conocidos como agujeros negros "muy oscurecidos"). Sin embargo, este tipo de agujero negro en crecimiento es notoriamente difícil de encontrar, y hasta ahora el número observado ha estado por debajo de las predicciones, incluso en las imágenes más profundas como el CDF-S.
"Con nuestras nuevas identificaciones hemos encontrado un montón de agujeros negros muy oscurecidos que previamente se habían perdido", dijo Erini Lambrides de la Universidad Johns Hopkins (JHU) en Baltimore, Maryland, que dirigió el estudio. "Nos gusta decir que encontramos estos agujeros negros gigantes, pero realmente estuvieron allí todo el tiempo".
El último estudio combinó más de 80 días de tiempo de observación de Chandra en el CDF-S con grandes cantidades de datos a diferentes longitudes de onda de otros observatorios, incluido el telescopio espacial Hubble de la NASA y el telescopio espacial Spitzer de la NASA. El equipo observó agujeros negros ubicados a 5 mil millones de años luz o más lejos de la Tierra. A estas distancias, los científicos ya habían encontrado 67 agujeros negros muy oscurecidos y en crecimiento con datos de rayos X e infrarrojos en el CDF-S. En este último estudio, los autores identificaron otros 28.
Estos 28 agujeros negros supermasivos se clasificaron previamente de manera diferente, ya sea como agujeros negros de crecimiento lento con capullos de baja densidad o inexistentes, o como galaxias distantes.
"Esto podría considerarse un caso de identidad equivocada de agujero negro", dijo el coautor Marco Chiaberge del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, "pero estos agujeros negros son excepcionalmente buenos para ocultar exactamente lo que son".
Lambrides y sus colegas compararon sus datos con las expectativas de un típico agujero negro en crecimiento. Utilizando datos de todas las longitudes de onda, excepto los rayos X, predijeron la cantidad de rayos X que deberían detectar de cada agujero negro. Los investigadores encontraron un nivel mucho más bajo de rayos X de lo que esperaban de 28 fuentes, lo que implica que el capullo a su alrededor es aproximadamente diez veces más denso de lo que los científicos estimaron previamente para estos objetos.
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| Al combinar las observaciones profundas de Chandra con datos de Hubble, Spitzer y otros telescopios, los astrónomos han identificado 28 agujeros negros en un área del cielo que anteriormente se clasificaban de manera diferente. Estos agujeros negros están rodeados por un círculo en la imagen Chandra Deep Field-South, donde el rojo, el verde y el azul representan los rayos X de baja, media y alta energía que Chandra detecta. (Crédito: rayos X: NASA / CXC / Penn State / B.Luo et al; Óptico / IR: NASA / STScI / JHU / E. Lambrides et al). |
Teniendo en cuenta la mayor densidad del capullo, el equipo demostró que los agujeros negros mal identificados están produciendo más rayos X de lo que se pensaba anteriormente, pero el capullo más denso evita que la mayoría de estos rayos X escapen y lleguen al telescopio Chandra. Esto implica que están creciendo más rápidamente.
Los grupos anteriores no aplicaron la técnica de análisis adoptada por Lambrides y su equipo, ni utilizaron el conjunto completo de datos disponibles para el CDF-S, dándoles poca información sobre la densidad de los capullos.
Estos resultados son importantes para los modelos teóricos que estiman el número de agujeros negros en el universo y sus tasas de crecimiento, incluidos aquellos con diferentes cantidades de oscurecimiento (en otras palabras, cuán densos son sus capullos). Los científicos diseñan estos modelos para explicar un brillo uniforme en rayos X a través del cielo llamado "fondo de rayos X", descubierto por primera vez en la década de 1960. Los agujeros negros en crecimiento individuales observados en imágenes como el CDF-S representan la mayor parte del fondo de rayos X.
El fondo de rayos X que actualmente no se resuelve en fuentes individuales está dominado por rayos X con energías superiores al umbral que Chandra puede detectar. Los agujeros negros muy oscurecidos son una explicación natural de este componente no resuelto porque los rayos X de baja energía son absorbidos por el capullo más que los de alta energía, y por lo tanto son menos detectables. Los agujeros negros adicionales muy oscurecidos que se informan aquí ayudan a conciliar las diferencias pasadas entre los modelos teóricos y las observaciones.
"Es como si el fondo de rayos X fuera una imagen borrosa que se ha estado enfocando lentamente durante décadas", dijo el coautor Roberto Gilli, del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia. "Nuestro trabajo ha consistido en comprender la naturaleza de los objetos que han sido algunos de los últimos en resolverse".
Además de ayudar a explicar el fondo de rayos X, estos resultados son importantes para comprender la evolución de los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas. Las masas de galaxias y sus agujeros negros supermasivos están correlacionados entre sí, lo que significa que cuanto más masiva es la galaxia, más masivo es el agujero negro.
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| Imagen de autor del Observatorio Espacial de Rayos X Chandra de la NASA. Crédito: NASA. |
Un artículo que informa los resultados de este estudio se publica en The Astrophysical Journal y hay una copia disponible en línea. Los otros autores del artículo son Timothy Heckman de JHU; Fabio Vito de la Pontificia Universidad Católica de Chile, en Santiago, Chile; y Colin Norman de JHU.
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 y Burlington, Massachusetts.
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
• Publicado en Chandra el 15 de julio del 2020, comunicado de prensa.
