07 Nov El agujero negro más distante jamás visto en rayos X
Los astrónomos han descubierto el agujero negro más distante jamás visto en rayos X, utilizando los telescopios de la NASA Chandra y Webb. El agujero negro se encuentra en una etapa temprana de crecimiento nunca antes presenciada, donde su masa es similar a la de su galaxia anfitriona. Este descubrimiento puede explicar cómo se formaron algunos de los primeros agujeros negros supermasivos del Universo.
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Chandra y Webb en tándem
Combinando datos del Observatorio de rayos X Chandra y del Telescopio Espacial James Webb, ambos de la NASA, un equipo de investigadores pudo encontrar la firma reveladora de un agujero negro en crecimiento solo 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 (lente gravitacional) que aumentó la cantidad de luz que detectamos».
Abell 2744: una poderosa lente gravitacional
El Telescopio Espacial Hubble ya había demostrado anteriormente que el cúmulo de galaxias Abell 2744 actúa como una poderosa lente gravitacional, magnificando fuertemente la luz de las galaxias distantes, un hecho que ha proporcionado parte de la motivación para las observaciones de Webb y Chandra que se describen aquí.
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 lejos que el cúmulo, a 13.200 millones de años luz de la Tierra, cuando el Universo tenía solo el 3% de su edad actual.
Luego, más de dos semanas de observaciones con Chandra mostraron la presencia de un gas intenso y sobrecalentado, emisor de rayos X, en esta galaxia, la marca inequívoca de la presencia de un agujero negro supermasivo en crecimiento.
La luz de la galaxia y los rayos X emitidos por el gas alrededor del agujero negro supermasivo, se magnifican aproximadamente en un factor de cuatro por el efecto de lente gravitacional de Abell 2744, mejorando la señal infrarroja detectada por Webb y permitiendo a Chandra detectar la débil fuente de rayos X.
Un agujero negro nacido supermasivo
Este descubrimiento es importante para comprender cómo algunos agujeros negros supermasivos pueden alcanzar masas colosales poco después del Big Bang. ¿Se formaron directamente a partir del colapso de enormes nubes de gas, creando agujeros negros de entre 10.000 y 100.000 masas solares? ¿O provienen de las explosiones de las primeras estrellas, que generan típicamente agujeros negros de entre 10 y 100 masas solares?
“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 árbol joven, que tarda menos en crecer hasta convertirse en un árbol de tamaño completo, que si se empieza solo con una semilla”, dijo Andy Goulding de la Universidad de Princeton.
El equipo de Bogdan ha encontrado pruebas contundentes de que el agujero negro recién descubierto nació masivo. Su masa estimada es de entre 10 y 100 millones de masas solares, según su brillo y la energía de rayos X que emite.
Esta masa es similar a la de todas las estrellas de la galaxia donde habita, lo que contrasta marcadamente con los agujeros negros en los centros de las galaxias del Universo cercano, que normalmente contienen solo alrededor de una décima parte de la masa de todas las estrellas de su galaxia anfitriona.
El colapso de una enorme nube de gas
La gran masa del agujero negro a edad temprana, más la cantidad de rayos X que emite 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” formado directamente a partir del colapso de una enorme nube de gas.
«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 enormes nubes de gas«, dijo Natarajan.
«Por primera vez estamos viendo una breve etapa en la que un agujero negro supermasivo tiene aproximadamente tanta masa como la de todas las estrellas de su galaxia juntas, antes de quedarse atrás superada en masa por ellas».
Los investigadores planean utilizar este y otros resultados provenientes de Webb y los datos combinados de otros telescopios, para completar una imagen más amplia del Universo temprano.
Chandra: el observatorio de rayos X
Desde su lanzamiento el 23 de julio de 1999, el Observatorio de rayos X Chandra ha sido la misión insignia de la NASA para la astronomía de rayos X, ocupando su lugar en la antiguamente llamada flota de «Grandes Observatorios».
Esta flota de «Grandes observatorios» estaba compuesta por el Telescopio Espacial Hubble, el Telescopio Espacial Spitzer (dado de baja en 2020) y el Observatorio Compton de Rayos Gamma (dado de baja en 2000), además del Telescopio espacial Chandra.
El observatorio
El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA es un telescopio especialmente diseñado para detectar emisiones de rayos X de regiones muy calientes del Universo, como restos de estrellas que explotaron, cúmulos de galaxias y materia alrededor de agujeros negros.
Debido a que los rayos X son absorbidos por la atmósfera de la Tierra, Chandra debe orbitar por encima de ella, hasta una altitud de 139.000 km en el espacio.
El Observatorio Astrofísico del Smithsonian en Cambridge, MA, alberga el Centro de rayos X Chandra que opera el satélite, procesa los datos y los distribuye a científicos de todo el mundo para su análisis.
Logros
- Ha fotografiado espectaculares y brillantes restos de estrellas en explosión y ha tomado espectros que muestran la distribución de cada elemento químico.
- Ha observado la región alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea y ha encontrado agujeros negros en todo el Universo.
- Ha rastreado la separación de la materia oscura de la materia normal en la colisión de galaxias en un cúmulo y está contribuyendo a los estudios tanto de la materia oscura como de la energía oscura.
Astronomía de rayos X
Los rayos X se producen en el cosmos cuando la materia se calienta a millones de grados. Estas temperaturas se producen cuando predominan campos magnéticos elevados, gravedad extrema o fuerzas explosivas.
Los telescopios de rayos X también pueden rastrear el gas caliente de una estrella en explosión o detectar rayos X de materia que gira a una distancia de hasta 90 kilómetros del horizonte de sucesos de un agujero negro estelar.
El Observatorio de rayos X Chandra, puede definir mejor las regiones calientes y turbulentas del espacio. Esta mayor claridad puede ayudar a los científicos a responder preguntas fundamentales sobre el origen, la evolución y el destino del Universo.
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