Descubriendo los agujeros negros ocultos

¿Cuántas luciérnagas hay en tu patio trasero? ¿Puedes contarlos todos? Es un desafío.

Sus destellos son cortos. Las luciérnagas más distantes son más débiles, pero ¿podrían las más débiles también ser luciérnagas más jóvenes, más viejas o más pequeñas? ¿Con qué frecuencia parpadea una luciérnaga? E imagina si hubiera niebla o humo de una fogata, haciéndolos aún más difíciles de ver.

Una solución no es tratar de contar todas las luciérnagas en todo el patio, sino observar durante mucho tiempo en solo un pequeño cuadrado del patio, más cerca de usted. Más tarde, si sumas cuántos cuadrados de ese tamaño hay en tu jardín, puedes calcular el número total de moscas. Al menos si no hay niebla ni humo. En ese caso, querría una cámara especial que pudiera ver a través de la niebla.

Este es el desafío que tienen los astrónomos cuando quieren contar cuántos agujeros negros hay en el universo, particularmente los agujeros negros supermasivos que residen en los centros de grandes galaxias. Al igual que las luciérnagas, los agujeros negros suelen ser silenciosos, sin que nada les caiga encima. Pero cuando la materia cae sobre ellos, esa materia acumulada se calienta y brilla intensamente. Sin embargo, como la niebla o el humo en un patio, el gas y el polvo en una galaxia pueden ocultar los agujeros negros que se acumulan, y la misión NuSTAR de la NASA tiene una cámara especial que puede ver a través del gas y el polvo y, por lo tanto, proporcionar un recuento preciso de los agujeros negros. NuSTAR es sensible a los rayos X de alta energía, similar a los rayos X utilizados por los médicos y la seguridad de los aeropuertos, lo que le permite detectar fotones energéticos de la acumulación de agujeros negros supermasivos que penetran el gas y el polvo envolventes.

Ilustración del artista que representa un agujero negro envuelto en un capullo toroidal o en forma de rosquilla de gas y polvo. Visto de canto como en esta ilustración, el capullo protege nuestra vista del disco caliente de materia que cae sobre el agujero negro, así como el material asociado de rápido movimiento que se expulsa del disco. La luz de rayos X visible y de baja energía de la región central está casi completamente oculta, mientras que los rayos X de alta energía que observa NuSTAR son más penetrantes y se detectan. Vista de frente, como desde arriba o desde abajo, la región central es visible en todas las energías. En esta ilustración se recorta una parte del capullo para mostrar el agujero negro muy oscurecido. Comprender la geometría y las propiedades de esta región que se oscurece tiene implicaciones importantes para comprender cómo los agujeros negros supermasivos, y las galaxias en las que residen, crecen y evolucionan a lo largo del tiempo cósmico. (Crédito: NASA / CXC / M.Weiss)

En un artículo publicado recientemente en el Astrophysical Journal, Elias Kammoun y sus colaboradores utilizaron NuSTAR para estudiar una muestra cuidadosamente seleccionada de 19 galaxias cercanas con indicios débiles de agujeros negros supermasivos en acumulación activa en sus centros. Al igual que el trabajador del censo de insectos que intenta comprender la población de luciérnagas en una pequeña parte de su patio trasero, Kammoun y sus colaboradores usaron NuSTAR para comprender si su muestra de galaxias cercanas era débil porque sus agujeros negros eran intrínsecamente débiles o si, en cambio, eran intrínsecamente luminosos. agujeros negros envueltos detrás de gruesas cortinas de gas y polvo.

Kammoun y sus colaboradores descubrieron que el 80-90% de su muestra estaba oscurecida por material muy denso, con un 32-50% de la muestra oscurecida por columnas de material extremadamente gruesas, alcanzando ese nivel muy alto al que los astrónomos se refieren como "Compton-thick ”. Además, encontraron fuertes indicios de que el material oscurecedor que rodea la acumulación de agujeros negros supermasivos está regulado principalmente por la presión de la radiación. Incluyendo las galaxias locales que muestran claramente galaxias activas brillantes y no oscuras, este trabajo encontró que entre el 13% y el 22% de las galaxias locales tienen una absorción de espesor de Compton, más o menos consistente con otras estimaciones de esta fracción basadas en suposiciones muy diferentes y conjuntos de datos muy diferentes. Es importante destacar que las observaciones de NuSTAR midieron directamente el grosor de la columna de oscurecimiento, mientras que el trabajo anterior generalmente se basó en mediciones indirectas.

Para obtener más información, consulte "Una mirada dura a las galaxias Seyfert oscuras, seleccionadas ópticamente y locales" de Kammoun et al., Publicado en The Astrophysical Journal, Volumen 901, Número 2, id.161, 27pp. artículo revista Nature.

• Publicado en NuSTAR el 25 de junio del 2021, enlace publicación.