Astrónomos descubren un agujero negro primitivo de rápida alimentación utilizando telescopios de la NASA

Un agujero negro que se alimenta rápidamente en el centro de una galaxia enana en el universo temprano, que se muestra en este concepto artístico, puede contener pistas importantes sobre la evolución de los agujeros negros supermasivos en general.

Imagen de autor de lid568. 

Utilizando datos del telescopio espacial James Webb de la NASA y del observatorio de rayos X Chandra, un equipo de astrónomos descubrió este agujero negro supermasivo de baja masa apenas 1.500 millones de años después del Big Bang . El agujero negro está atrayendo materia a un ritmo fenomenal: más de 40 veces el límite teórico. Aunque de corta duración, el "festín" de este agujero negro podría ayudar a los astrónomos a explicar cómo los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápidamente en el universo primitivo.

Los agujeros negros supermasivos existen en el centro de la mayoría de las galaxias y los telescopios modernos continúan observándolos en momentos sorprendentemente tempranos de la evolución del universo. Es difícil entender cómo estos agujeros negros pudieron crecer tanto y tan rápidamente. Pero con el descubrimiento de un agujero negro supermasivo de baja masa que se alimenta de material a un ritmo extremo tan pronto después del nacimiento del universo, los astrónomos ahora tienen nuevos y valiosos conocimientos sobre los mecanismos de los agujeros negros de rápido crecimiento en el universo primitivo.

El agujero negro, llamado LID-568, estaba oculto entre miles de objetos en el estudio legado COSMOS del Observatorio de rayos X Chandra, un catálogo resultante de unos 4,6 millones de segundos de observaciones del Chandra. Esta población de galaxias es muy brillante en la luz de rayos X, pero invisible en las observaciones ópticas y en las anteriores en el infrarrojo cercano. Al seguir con el Webb, los astrónomos pudieron utilizar la sensibilidad infrarroja única del observatorio para detectar estas débiles emisiones homólogas, lo que llevó al descubrimiento del agujero negro.

Esta imagen muestra datos de una campaña de observación masiva que incluye a Chandra y que ha proporcionado pruebas sólidas de la existencia de agujeros negros de masa intermedia (IMBH). Combinados con un estudio independiente que también utiliza datos de Chandra, estos resultados pueden permitir a los astrónomos comprender mejor cómo se formaron los agujeros negros más grandes del universo primitivo. Aquí se muestran los datos del sondeo COSMOS-Legacy utilizados en uno de los estudios. (Crédito: rayos X: NASA/CXC/ICE/M.Mezcua et al.; infrarrojos: NASA/JPL-Caltech)

La velocidad y el tamaño de estos flujos llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento de la masa de LID-568 puede haber ocurrido en un solo episodio de rápida acreción.

Parece que LID-568 se alimenta de materia a un ritmo 40 veces superior al límite de Eddington. Este límite se relaciona con la cantidad máxima de luz que puede emitir el material que rodea a un agujero negro, así como con la velocidad a la que puede absorber materia, de modo que su fuerza gravitatoria interna y la presión externa generada por el calor de la materia comprimida que cae hacia él permanezcan en equilibrio.

Estos resultados aportan nuevos conocimientos sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de “semillas” de agujeros negros más pequeños, que según las teorías actuales surgen de la muerte de las primeras estrellas del universo (semillas ligeras) o del colapso directo de nubes de gas (semillas pesadas). Hasta ahora, estas teorías carecían de confirmación observacional.

El nuevo descubrimiento sugiere que “una parte significativa del crecimiento de la masa puede ocurrir durante un solo episodio de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada”, dijo el astrónomo del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab Hyewon Suh, quien dirigió el equipo de investigación.

Un artículo que describe estos resultados (“Un agujero negro con acreción super-Eddington ~1,5 mil millones de años después del Big Bang observado con el JWST”) aparece en la revista Nature Astronomy .

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.

Crédito de la ilustración: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamaní

Publicado en Chandra el 4 de noviembre del 2024, enlace publicación.