La "lupa de rayos X" mejora la vista de los agujeros negros distantes
Aprovechando una lente natural en el espacio, los astrónomos han capturado una mirada sin precedentes a los rayos X de un sistema de agujeros negros en el Universo temprano.
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| Imágenes e ilustraciones de rayos X de MG B2016 + 112 Los astrónomos han utilizado lentes gravitacionales para obtener una visión sin precedentes de un sistema de agujeros negros en el Universo temprano. La ilustración de un artista muestra cómo la luz de rayos X de uno de los objetos de la izquierda (violeta) ha sido deformada por la gravedad de una galaxia intermedia para producir dos fuentes detectadas en la imagen de Chandra (cuadrado punteado a la derecha). La luz del objeto más débil (azul) ha sido amplificada por la galaxia para ser hasta 300 veces más brillante de lo que hubiera sido sin las lentes. La imagen de rayos X de Chandra también se muestra en la segunda figura. Los dos objetos son dos agujeros negros supermasivos en crecimiento o un agujero negro y un chorro. Crédito: Ilustración: NASA / CXC / M. Weiss; Imagen de rayos X (recuadro): NASA / CXC / SAO / D. Schwartz y col. |
Esta lupa se utilizó para afinar imágenes de rayos X por primera vez utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Capturó detalles sobre los agujeros negros que normalmente estarían demasiado distantes para estudiarlos con los telescopios de rayos X existentes.
Los astrónomos aplicaron un fenómeno conocido como "lente gravitacional" que ocurre cuando la trayectoria de la luz desde objetos distantes es desviada por una gran concentración de masa, como una galaxia, que se encuentra a lo largo de la línea de visión. Esta lente puede aumentar y amplificar la luz en grandes cantidades y crear imágenes duplicadas del mismo objeto. La configuración de estas imágenes duplicadas se puede utilizar para descifrar la complejidad del objeto y agudizar las imágenes.
El sistema de lentes gravitacionales del nuevo estudio se llama MG B2016 + 112. Los rayos X detectados por Chandra fueron emitidos por este sistema cuando el Universo tenía solo 2 mil millones de años en comparación con su edad actual de casi 14 mil millones de años.
"Nuestros esfuerzos por ver y comprender objetos tan distantes en rayos X estarían condenados si no tuviéramos una lupa natural como esta", dijo Dan Schwartz del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA), que dirigió el estudio.
La última investigación se basa en trabajos anteriores dirigidos por la coautora Cristiana Spingola, actualmente en el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia. Usando observaciones de radio de MG B2016 + 112, su equipo encontró evidencia de un par de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento separados por solo unos 650 años luz. Descubrieron que ambos candidatos a agujero negro posiblemente tengan chorros.
Utilizando un modelo de lente gravitacional basado en los datos de radio, Schwartz y sus colegas concluyeron que las tres fuentes de rayos X que detectaron del sistema MG B2016 + 112 deben haber resultado de la lente de dos objetos distintos. Estos dos objetos emisores de rayos X son probablemente un par de agujeros negros supermasivos en crecimiento o un agujero negro supermasivo en crecimiento y su chorro. La separación estimada de estos dos objetos es consistente con el trabajo de radio.
Las mediciones anteriores de Chandra de pares o tríos de agujeros negros supermasivos en crecimiento generalmente han involucrado objetos mucho más cercanos a la Tierra, o con separaciones mucho más grandes entre los objetos. Anteriormente se había observado un chorro de rayos X a una distancia aún mayor de la Tierra, con luz emitida cuando el Universo tenía solo el 7% de su edad actual. Sin embargo, la emisión del chorro está separada del agujero negro por unos 160.000 años luz.
El presente resultado es importante porque proporciona información crucial sobre la velocidad de crecimiento de los agujeros negros en el Universo temprano y la detección de un posible sistema de doble agujero negro. La lente gravitacional amplifica la luz de estos objetos lejanos que de otra manera serían demasiado débiles para detectar. La luz de rayos X detectada de uno de los objetos en MG B2016 + 112 puede ser hasta 300 veces más brillante de lo que hubiera sido sin las lentes.
"Los astrónomos han descubierto agujeros negros con masas miles de millones de veces mayores que la de nuestro Sol que se formaron solo cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el Universo tenía solo un pequeño porcentaje de su edad actual", dijo Spingola. "Queremos resolver el misterio de cómo estos agujeros negros supermasivos ganaron masa tan rápidamente".
Los aumentos de las lentes gravitacionales pueden permitir a los investigadores estimar cuántos sistemas que contienen dos agujeros negros supermasivos tienen separaciones lo suficientemente pequeñas como para producir ondas gravitacionales observables en el futuro con detectores basados en el espacio.
"En muchos sentidos, este resultado es una emocionante prueba de concepto de cómo esta 'lupa' puede ayudarnos a revelar la física de los distantes agujeros negros supermasivos en un enfoque novedoso. Sin este efecto, Chandra habría tenido que observarlo unas cuantas veces. cien veces más larga e incluso entonces no revelarían las estructuras complejas ", dijo la coautora Anna Barnacka de la CfA y la Universidad Jagiellonian, quien desarrolló las técnicas para convertir lentes gravitacionales en telescopios de alta resolución para enfocar las imágenes.
"Gracias a las lentes gravitacionales, las observaciones de Chandra mucho más largas pueden distinguir entre el par de agujeros negros y las explicaciones del agujero negro más el chorro. También esperamos aplicar esta técnica en el futuro, especialmente como estudios realizados por importantes nuevas instalaciones ópticas y de radio que pronto entrará en línea y suministrará decenas de miles de objetivos ", concluyó Schwartz.
La incertidumbre en la posición de los rayos X de uno de los objetos en MG B2016 + 112 es de 130 años luz en una dimensión y 2.000 años luz en la otra dimensión perpendicular. Esto significa que el tamaño del área donde probablemente se encuentra la fuente es más de 100 veces menor que el área correspondiente para una fuente Chandra típica que no tiene lentes. Tal precisión en la determinación de la posición no tiene paralelo en la astronomía de rayos X para una fuente a esta distancia.
Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición de agosto de The Astrophysical Journal, (vol. 917, p26.) Y una versión previa a la publicación está disponible en:
https://arxiv.org/abs/2103.08537.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.
Otros materiales sobre los hallazgos están disponibles en:
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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 31 de agosto del 2021, enlace publicación.
