Los agujeros negros arrasan con miles de estrellas para impulsar el crecimiento

Una nueva encuesta de más de 100 galaxias realizada por el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ha descubierto signos de que los agujeros negros están demoliendo miles de estrellas en una búsqueda para aumentar de peso. Las cuatro galaxias que se muestran en este gráfico se encuentran entre las 29 galaxias de la muestra que mostraron evidencia de agujeros negros en crecimiento cerca de sus centros. Los rayos X de Chandra (azul) se han superpuesto a las imágenes ópticas del Telescopio Espacial Hubble de la NASA de las galaxias NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 y NGC 6503.

Imágenes ópticas y de rayos X de NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 y NGC 6503. Estas cuatro galaxias son parte de un gran estudio de más de 100 galaxias realizado por Chandra que buscaba evidencia de agujeros negros en crecimiento. Un nuevo estudio descubrió evidencia de que los agujeros negros de masa estelar en estos entornos densos están destrozando múltiples estrellas y luego usan sus desechos para impulsar su crecimiento. Los resultados de Chandra proporcionan un camino para la creación de "agujeros negros de masa intermedia", una clase que es más grande que la variedad de masa estelar pero más pequeña que los agujeros negros supermasivos. Para cada una de estas galaxias, los datos de Chandra se muestran con imágenes ópticas del telescopio espacial Hubble. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

Estos nuevos resultados sugieren un camino algo violento para que al menos algunos de estos agujeros negros alcancen su tamaño actual: destrucción estelar en una escala que rara vez se ha visto antes.

NGC 1385. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

Los astrónomos han realizado estudios detallados de dos clases distintas de agujeros negros. La variedad más pequeña son los agujeros negros de "masa estelar" que normalmente pesan entre 5 y 30 veces la masa del Sol. En el otro extremo del espectro están los agujeros negros supermasivos que viven en el medio de la mayoría de las galaxias grandes, que pesan millones o incluso miles de millones de masas solares. En los últimos años, también ha habido evidencia de que existe una clase intermedia llamada "agujeros negros de masa intermedia" (IMBH). El nuevo estudio con Chandra podría explicar cómo se crean tales IMBH a través del crecimiento descontrolado de los agujeros negros de masa estelar.

NGC 1566. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

Una clave para hacer IMBHs puede ser su entorno. Esta última investigación analizó cúmulos muy densos de estrellas en los centros de las galaxias. Con estrellas tan próximas, muchas estrellas pasarán dentro de la atracción gravitacional de los agujeros negros en los centros de los cúmulos. El trabajo teórico del equipo implica que si la densidad de estrellas en un cúmulo, el número empaquetado en un volumen dado, está por encima de un valor umbral, un agujero negro de masa estelar en el centro del cúmulo experimentará un rápido crecimiento a medida que se acerca. , tritura e ingiere las abundantes estrellas vecinas en las proximidades.

NGC 3344. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

De los cúmulos en el nuevo estudio de Chandra, los que tenían una densidad por encima de este umbral tenían aproximadamente el doble de agujeros negros en crecimiento que los que estaban por debajo del umbral de densidad. El umbral de densidad depende también de la rapidez con la que se mueven las estrellas en los cúmulos.

NGC 6503. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

El proceso sugerido por el último estudio de Chandra puede ocurrir en cualquier momento de la historia del universo, lo que implica que los agujeros negros de masa intermedia pueden formarse miles de millones de años después del Big Bang, hasta el día de hoy.

Se aceptó un artículo que describe estos resultados y aparece en The Astrophysical Journal. También está disponible en línea. Los autores del estudio son Vivienne Baldassare (Universidad Estatal de Washington), Nicolas C. Stone (Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel), Adi Foord (Universidad de Stanford), Elena Gallo (Universidad de Michigan) y Jeremiah Ostriker (Universidad de Princeton).

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.; Óptica: NASA/ESA/STScI

• Publicado en Chandra el 20 de abril del 2022, enlace publicación.