Los telescopios de la NASA descubren un agujero negro sin precedentes
Los astrónomos han descubierto el agujero negro más distante jamás visto en rayos X, utilizando telescopios de la NASA. El agujero negro se encuentra en una etapa temprana de crecimiento que nunca antes se había presenciado, donde su masa es similar a la de su galaxia anfitriona.
Este resultado puede explicar cómo se formaron algunos de los primeros agujeros negros supermasivos del universo.
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| Los astrónomos encontraron el agujero negro más distante jamás detectado en rayos X (en una galaxia denominada UHZ1) utilizando los telescopios espaciales Chandra y Webb. La emisión de rayos X es una señal reveladora de un agujero negro supermasivo en crecimiento. Este resultado puede explicar cómo se formaron algunos de los primeros agujeros negros supermasivos del universo. Estas imágenes muestran el cúmulo de galaxias Abell 2744 detrás del cual se encuentra UHZ1, en rayos X de Chandra y datos infrarrojos de Webb, así como primeros planos de la galaxia anfitriona del agujero negro UHZ1. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrarrojo: NASA/ESA/CSA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/L. Frattare y K. Arcand |
Combinando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, un equipo de investigadores pudo encontrar la firma reveladora de un agujero negro en crecimiento sólo 470 millones de años después del Big Bang.
"Necesitábamos a Webb para encontrar esta galaxia notablemente distante y a Chandra para encontrar su agujero negro supermasivo", dijo Akos Bogdan del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA), que dirige un nuevo artículo en la revista Nature Astronomy que describe estos resultados. "También aprovechamos una lupa cósmica que aumentó la cantidad de luz que detectamos". Este efecto de aumento se conoce como lente gravitacional.
Bogdan y su equipo encontraron el agujero negro en una galaxia llamada UHZ1 en dirección al cúmulo de galaxias Abell 2744, ubicado a 3.500 millones de años luz de la Tierra. Los datos de Webb, sin embargo, han revelado que la galaxia está mucho más distante que el cúmulo, a 13.200 millones de años luz de la Tierra, cuando el universo tenía sólo el 3% de su edad actual.
Luego, más de dos semanas de observaciones con Chandra mostraron la presencia de gas intenso y sobrecalentado que emite rayos X en esta galaxia, una marca registrada de un agujero negro supermasivo en crecimiento. La luz de la galaxia y los rayos X del gas alrededor de su agujero negro supermasivo se magnifican aproximadamente en un factor de cuatro al intervenir materia en Abell 2744 (debido a lentes gravitacionales), mejorando la señal infrarroja detectada por Webb y permitiendo a Chandra detectar la débil fuente de rayos X.
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| Imagen cercana de UHZ1 en rayos X por el observatorio espacial de rayos X Chandra de la NASA. Crédito: X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; |
Este descubrimiento es importante para comprender cómo algunos agujeros negros supermasivos pueden alcanzar masas colosales poco después del Big Bang. ¿Se forman directamente a partir del colapso de enormes nubes de gas, creando agujeros negros que pesan entre 10.000 y 100.000 soles? ¿O provienen de explosiones de las primeras estrellas que crean agujeros negros que pesan sólo entre 10 y 100 soles?
“Existen límites físicos sobre la rapidez con la que los agujeros negros pueden crecer una vez que se han formado, pero los que nacen con mayor masa tienen una ventaja. Es como plantar un retoño, que tarda menos tiempo en crecer hasta convertirse en un árbol de tamaño completo que si se empieza sólo con una semilla”, dijo Andy Goulding de la Universidad de Princeton. Goulding es coautor del artículo de Nature Astronomy y autor principal de un nuevo artículo en The Astrophysical Journal Letters que informa la distancia y la masa de la galaxia utilizando un espectro de Webb.
El equipo de Bogdan ha encontrado pruebas contundentes de que el agujero negro recién descubierto nació masivo. Se estima que su masa está entre 10 y 100 millones de soles, según el brillo y la energía de los rayos X. Este rango de masa es similar al de todas las estrellas de la galaxia donde vive, lo que contrasta marcadamente con los agujeros negros en los centros de las galaxias del universo cercano, que normalmente contienen sólo alrededor de una décima parte de la masa de sus estrellas. estrellas de la galaxia anfitriona.
La gran masa del agujero negro a una edad temprana, más la cantidad de rayos X que produce y el brillo de la galaxia detectado por Webb, concuerdan con las predicciones teóricas de 2017 del coautor Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale para un “ Agujero negro de gran tamaño” que se formó directamente a partir del colapso de una enorme nube de gas.
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| Imagen de UHZ1 en infrarrojos por el telescopio James Webb de la NASA. Crédito: Infrarrojo: NASA/ESA/CSA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/L. Frattare y K. Arcand |
"Creemos que esta es la primera detección de un 'agujero negro de gran tamaño' y la mejor evidencia obtenida hasta ahora de que algunos agujeros negros se forman a partir de nubes masivas de gas", dijo Natarajan. "Por primera vez estamos viendo una breve etapa en la que un agujero negro supermasivo pesa aproximadamente tanto como las estrellas de su galaxia, antes de quedarse atrás".
Los investigadores planean utilizar este y otros resultados provenientes de Webb y aquellos que combinan datos de otros telescopios para completar una imagen más amplia del universo temprano.
El Telescopio Espacial Hubble de la NASA mostró previamente que la luz de galaxias distantes es altamente magnificada por la materia en el cúmulo de galaxias intermedio, lo que proporciona parte de la motivación para las observaciones de Webb y Chandra descritas aquí.
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| Este conjunto de ilustraciones explica cómo se puede formar un gran agujero negro a partir del colapso directo de una enorme nube de gas unos cientos de millones de años después del Big Bang. El panel 1 muestra una enorme nube de gas y una galaxia moviéndose una hacia la otra. Si la formación de estrellas en la nube de gas se detiene por la radiación de la galaxia entrante, impidiendo que se forme una nueva galaxia, el gas puede colapsar y formar un disco y un agujero negro. Los paneles 2 y 3 muestran el comienzo de este colapso de gas en el centro de la nube. Se forma un pequeño agujero negro en el centro del disco (panel n.° 4) y el agujero negro y el disco continúan creciendo (panel n.° 5). Esta "semilla" masiva de agujero negro y su disco luego se fusionan con la galaxia que se muestra en el panel n.° 1. Durante un período, el agujero negro es inusualmente masivo en comparación con la masa de las estrellas de la galaxia, lo que lo convierte en un agujero negro de gran tamaño (panel n.° 6). Las estrellas y el gas de la galaxia son atraídos por el agujero negro, lo que hace que el agujero negro y el disco crezcan aún más. Crédito: NASA/STScI/Leah Hustak |
El artículo que describe los resultados del equipo de Bogdan aparece en Nature Astronomy y una preimpresión está disponible en línea . Además de los mencionados anteriormente, los autores incluyen a Orsolya Kovacs (Universidad de Masaryk, República Checa), Grant Tremblay (CfA), Urmila Chadayammuri (CfA), Marta Volonteri (Institut d'Astrophysique de Paris, Francia), Ralph Kraft (CfA) , William Forman (CfA), Chrisine Jones (CfA), Eugene Churazov (Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania) e Irina Zhuravleva (Universidad de Chicago).
Los datos de Webb utilizados en ambos artículos son parte de una encuesta llamada Ultradeep Nirspec and nirCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER). El artículo dirigido por Andy Goulding, miembro del equipo UNCOVER, aparece en Astrophysical Journal Letters . Los coautores incluyen a otros miembros del equipo UNCOVER, además de Bogdan y Natarajan. Próximamente se publicará un artículo de interpretación detallado que compara las propiedades observadas de UHZ1 con modelos teóricos para galaxias con agujeros negros de gran tamaño.
El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona 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.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
Contacto con los medios:
Centro de rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts
Megan Watzke
617-496-7998
Centro de vuelos espaciales Marshall, Huntsville, Alabama
Jonathan Deal
256-544-0034
Publicado en Chandra el 6 de noviembre del 2023, enlace publicación.
