PJ352-15: Jet gigantesco espiado desde un agujero negro en el universo temprano.
Los astrónomos han descubierto evidencia de un chorro de partículas extraordinariamente largo de un agujero negro supermasivo en el Universo temprano, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.
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| Imágenes de rayos X, ópticas, infrarrojas e ilustrativas del PJ352-15. Los datos de Chandra pueden haber revelado el agujero negro supermasivo conocido más distante con un chorro de rayos X. La fuente de este chorro es un quásar (un agujero negro de rápido crecimiento) en el centro de una galaxia joven a unos 12,7 mil millones de años luz de la Tierra. El primer panel es la ilustración de un artista de una vista en primer plano de un quásar y su chorro, como el de PJ352-52. Las imágenes muestran datos de rayos X de Chandra de PJ352-15, junto con datos ópticos e infrarrojos del telescopio Gemini-North y el telescopio Keck-I, respectivamente. Este resultado puede ayudar a explicar cómo se formaron los agujeros negros más grandes en un momento muy temprano en la historia del Universo.Crédito: Rayos X: NASA / CXO / JPL / T. Connor; Óptico: Géminis / NOIRLab / NSF / AURA; Infrarrojos: W.M. Observatorio Keck; Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss. |
De confirmarse, sería el agujero negro supermasivo más distante con un chorro detectado en rayos X, procedente de una galaxia a unos 12,7 mil millones de años luz de la Tierra. Puede ayudar a explicar cómo se formaron los agujeros negros más grandes en un momento muy temprano en la historia del Universo.
La fuente del chorro es un quásar, un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento, llamado PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 para abreviar), que se encuentra en el centro de una galaxia joven. Es uno de los dos cuásares más poderosos detectados en ondas de radio en los primeros mil millones de años después del Big Bang, y es aproximadamente mil millones de veces más masivo que el Sol.
¿Cómo pueden los agujeros negros supermasivos crecer tan rápidamente para alcanzar una masa tan enorme en esta época temprana del Universo? Ésta es una de las cuestiones clave de la astronomía actual.
A pesar de su poderosa gravedad y temible reputación, los agujeros negros no atraen inevitablemente todo lo que se acerca a ellos. El material que orbita alrededor de un agujero negro en un disco necesita perder velocidad y energía antes de que pueda caer más hacia adentro para cruzar el llamado horizonte de eventos, el punto de no retorno. Los campos magnéticos pueden causar un efecto de frenado en el disco cuando impulsan un chorro, que es una forma clave para que el material en el disco pierda energía y, por lo tanto, mejore la tasa de crecimiento de los agujeros negros.
"Si un tiovivo en el patio de recreo se mueve demasiado rápido, es difícil para un niño moverse hacia el centro, por lo que alguien o algo necesita reducir la velocidad", dijo Thomas Connor del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena. , California, quien dirigió el estudio. "Alrededor de los agujeros negros supermasivos, creemos que los chorros pueden quitar suficiente energía para que el material pueda caer hacia adentro y el agujero negro pueda crecer".
Los astrónomos necesitaban observar PJ352-15 durante un total de tres días utilizando la visión nítida de Chandra para detectar evidencia del chorro de rayos X. La emisión de rayos X se detectó a unos 160.000 años luz de distancia del cuásar en la misma dirección que los chorros mucho más cortos que se ven en las ondas de radio. En comparación, toda la Vía Láctea abarca unos 100.000 años luz.
PJ352-15 rompe un par de récords astronómicos diferentes. Primero, el chorro más largo observado anteriormente desde los primeros mil millones de años después del Big Bang tenía solo unos 5.000 años luz de longitud, lo que corresponde a las observaciones de radio de PJ352-15. En segundo lugar, PJ352-15 está a unos 300 millones de años luz más lejos que el chorro de rayos X más distante registrado antes.
"La longitud de este chorro es significativa porque significa que el agujero negro supermasivo que lo alimenta ha estado creciendo durante un período de tiempo considerable", dijo el coautor Eduardo Bañados del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania. "Este resultado subraya cómo los estudios de rayos X de cuásares distantes proporcionan una forma crítica de estudiar el crecimiento de los agujeros negros supermasivos más distantes".
La luz detectada de este chorro se emitió cuando el Universo tenía solo 0,98 mil millones de años, menos de una décima parte de su edad actual. En este punto, la intensidad de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) que quedó del Big Bang era mucho mayor de lo que es hoy.
A medida que los electrones en el chorro vuelan lejos del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, se mueven y chocan con los fotones que forman la radiación CMB, aumentando la energía de los fotones en el rango de rayos X para ser detectados por Chandra. En este escenario, el brillo de los rayos X aumenta significativamente en comparación con las ondas de radio. Esto concuerda con la observación de que la función de chorro de rayos X grande no tiene ninguna emisión de radio asociada.
"Nuestro resultado muestra que las observaciones de rayos X pueden ser una de las mejores formas de estudiar quásares con chorros en el Universo temprano", dijo el coautor Daniel Stern, también de JPL. "O para decirlo de otra manera, las observaciones de rayos X en el futuro pueden ser la clave para descubrir los secretos de nuestro pasado cósmico".
Se aceptó un artículo que describe estos resultados para su publicación en The Astrophysical Journal y hay una preimpresión disponible en línea. Los otros coautores del artículo son Chris Carilli (NRAO, Socorro, Nuevo México); Andrew Fabian (Universidad de Cambridge, Reino Unido); Emmanuel Momjian (NRAO); Sofía Rojas-Ruiz (MPIA); Roberto Decarli (INAF, Bolonia, Italia); Emanuele Paolo Farina (Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania); Chiara Mazzucchelli (ESO, Chile); Hannah P. Earnshaw (Caltech, Pasadena, California).
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla la ciencia desde Cambridge Massachusetts y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
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Contactos con los medios:
Megan Watzke
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Mass.
617-496-7998
Molly Porter
Centro Marshall de Vuelos Espaciales, Huntsville, Alabama
256-544-0034
• Publicado en Chandra el 9 de marzo del 2021, enlace publicación.
