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    El tamaño del agujero negro revelado por su patrón de alimentación

    La impresión de un artista de un disco de acreción que gira alrededor de un agujero negro supermasivo invisible. El proceso de acreción produce fluctuaciones aleatorias en la luminosidad del disco a lo largo del tiempo, un patrón que se encuentra relacionado con la masa del agujero negro en un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Crédito:Fundación Mark A. Garlick / Simons

    Los patrones de alimentación de los agujeros negros ofrecen información sobre su tamaño, informe de los investigadores. Un nuevo estudio reveló que el parpadeo en el brillo observado en la alimentación activa de los agujeros negros supermasivos está relacionado con su masa.

    Los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces más masivos que el sol y, por lo general, residen en el centro de galaxias masivas. Cuando están inactivos y no se alimentan del gas y las estrellas que los rodean, Las SMBH emiten muy poca luz; la única forma en que los astrónomos pueden detectarlos es a través de sus influencias gravitacionales en las estrellas y el gas en su vecindad. Sin embargo, en el universo temprano, cuando las PYMES estaban creciendo rápidamente, estaban alimentando activamente, o acumulando, materiales a tasas intensas y emitiendo una enorme cantidad de radiación, a veces eclipsando a toda la galaxia en la que residen, dijeron los investigadores.

    El nuevo estudio, dirigido por el estudiante graduado de astronomía de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Colin Burke, y el profesor Yue Shen, descubrió una relación definitiva entre la masa de SMBH que se alimentan activamente y la escala de tiempo característica en el patrón de parpadeo de la luz. Los hallazgos se publican en la revista Ciencias .

    La luz observada de un SMBH en crecimiento no es constante. Debido a procesos físicos que aún no se comprenden, muestra un parpadeo omnipresente en escalas de tiempo que van desde horas hasta décadas. "Ha habido muchos estudios que exploraron las posibles relaciones del parpadeo observado y la masa del SMBH, pero los resultados no han sido concluyentes y, a veces, controvertidos, "Dijo Burke.

    El equipo compiló un gran conjunto de datos de SMBH que alimentan activamente para estudiar el patrón de variabilidad del parpadeo. Identificaron una escala de tiempo característica, sobre el que cambia el patrón, que se correlaciona estrechamente con la masa del SMBH. Luego, los investigadores compararon los resultados con la acumulación de enanas blancas, los restos de estrellas como nuestro sol, y descubrió que se cumple la misma relación escala de tiempo-masa, a pesar de que las enanas blancas son de millones a miles de millones de veces menos masivas que las SMBH.

    Diagrama explicativo:cuando los agujeros negros se alinean. Crédito:Lucy Reading-Ikkanda / Fundación Simons

    Los parpadeos de luz son fluctuaciones aleatorias en el proceso de alimentación de un agujero negro, dijeron los investigadores. Los astrónomos pueden cuantificar este patrón de parpadeo midiendo el poder de la variabilidad en función de escalas de tiempo. Para acrecentar SMBH, el patrón de variabilidad cambia de escalas de tiempo cortas a escalas de tiempo largas. Esta transición del patrón de variabilidad ocurre en una escala de tiempo característica que es más larga para agujeros negros más masivos.

    El equipo comparó la alimentación de un agujero negro con nuestra actividad de comer o beber al equiparar esta transición con un eructo humano. Los bebés eructan con frecuencia mientras beben leche, mientras que los adultos pueden contener el eructo durante más tiempo. Los agujeros negros hacen lo mismo mientras se alimentan, ellos dijeron.

    "Estos resultados sugieren que los procesos que impulsan el parpadeo durante la acreción son universales, si el objeto central es un agujero negro supermasivo o una enana blanca mucho más ligera, "Dijo Shen.

    "El establecimiento firme de una conexión entre el parpadeo de luz observado y las propiedades fundamentales del acretor ciertamente nos ayudará a comprender mejor los procesos de acreción, "dijo Yan-Fei Jiang, investigador del Flatiron Institute y coautor del estudio.

    Los agujeros negros astrofísicos tienen un amplio espectro de masa y tamaño. Entre la población de agujeros negros de masa estelar, que pesan menos de varias decenas de veces la masa del sol, y PYMES, hay una población de agujeros negros llamados agujeros negros de masa intermedia que pesan entre 100 y 100, 000 veces la masa del sol.

    Los investigadores han descubierto una relación definitiva entre la masa de agujeros negros supermasivos (SMBH) y sus patrones de parpadeo de luz. Esta relación codifica información crítica sobre los procesos de acreción y podría usarse para ayudar a localizar los escurridizos agujeros negros de tamaño medio. Crédito:Fundación Mark A. Garlick / Simons

    Se espera que los IMBH se formen en grandes cantidades a lo largo de la historia del universo, y pueden proporcionar las semillas necesarias para convertirse en SMBH más adelante. Sin embargo, observacionalmente, esta población de IMBH es sorprendentemente esquiva. Solo hay un IMBH indiscutiblemente confirmado que pesa unas 150 veces la masa del sol. Pero ese IMBH fue descubierto por casualidad por la radiación de ondas gravitacionales de la coalescencia de dos agujeros negros menos masivos.

    "Ahora que existe una correlación entre el patrón de parpadeo y la masa del objeto de acreción central, podemos usarlo para predecir cómo se vería la señal parpadeante de un IMBH, "Dijo Burke.

    Los astrónomos de todo el mundo están esperando el inicio oficial de una era de estudios masivos que monitorean el cielo dinámico y variable. El Observatorio Vera C. Rubin en Legacy Survey of Space and Time de Chile estudiará el cielo durante una década y recopilará datos de parpadeo de luz para miles de millones de objetos. a partir de finales de 2023.

    "La extracción del conjunto de datos LSST para buscar patrones de parpadeo que sean consistentes con la acumulación de IMBH tiene el potencial de descubrir y comprender completamente esta misteriosa población de agujeros negros largamente buscada, "dijo el coautor Xin Liu, profesor de astronomía en la U. de I.

    Este estudio es una colaboración con el profesor de astronomía y física Charles Gammie y el investigador postdoctoral de astronomía Qian Yang, el Centro de Illinois para el Estudio Avanzado del Universo, e investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara; la Universidad de St. Andrews, REINO UNIDO.; el Instituto Flatiron; la Universidad de Southampton, REINO UNIDO.; la Academia Naval de los Estados Unidos; y la Universidad de Durham, REINO UNIDO.

    Burke, Shen y Liu también están afiliados al Center for Astrophysical Surveys en el National Center for Supercomputing Applications en Illinois.


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