Una imagen incomparable del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA le está brindando a un equipo internacional de astrónomos la mejor visión hasta ahora del crecimiento de los agujeros negros durante miles de millones de años, comenzando poco después del Big Bang. Esta es la imagen de rayos X más profunda jamás obtenida, recopilado con aproximadamente 7 millones de segundos, o 11 semanas y media, de Chandra observando el tiempo.

La imagen proviene de lo que se conoce como Chandra Deep Field-South. La región central de la imagen contiene la mayor concentración de agujeros negros supermasivos jamás vista, equivalente a aproximadamente 5, 000 objetos que encajarían en el área de la Luna llena y alrededor de mil millones en todo el cielo.

"Con esta increíble imagen, podemos explorar los primeros días de los agujeros negros en el Universo y ver cómo cambian a lo largo de miles de millones de años, "dijo Niel Brandt, el profesor Verne M. Willaman de astronomía y astrofísica, y profesor de física, Penn State, quien dirigió un equipo de astrónomos que estudiaba la imagen profunda.

Aproximadamente el 70 por ciento de los objetos en la nueva imagen son agujeros negros supermasivos, que puede variar en masa desde aproximadamente 100, 000 a 10 mil millones de veces la masa del Sol. El gas que cae hacia estos agujeros negros se vuelve mucho más caliente a medida que se acerca al horizonte de eventos, o punto de no retorno, produciendo una emisión de rayos X brillante.

"Puede ser muy difícil detectar agujeros negros en el Universo temprano porque están muy lejos y solo producen radiación si están atrayendo materia de forma activa". "dijo el miembro del equipo Bin Luo, profesor de astronomía y ciencia espacial, Universidad de Nanjing. "Pero al mirar el tiempo suficiente a Chandra, podemos encontrar y estudiar un gran número de agujeros negros en crecimiento, algunos de los cuales aparecen poco después del Big Bang ".

La nueva imagen de rayos X ultraprofunda permite a los científicos explorar ideas sobre cómo los agujeros negros supermasivos crecieron entre uno y dos mil millones de años después del Big Bang. Usando estos datos, los investigadores demostraron que estos agujeros negros en el Universo temprano crecen principalmente en ráfagas, en lugar de a través de la lenta acumulación de materia.

Los investigadores también han encontrado indicios de que las semillas de los agujeros negros supermasivos pueden ser "pesadas" con masas de alrededor de 10, 000 a 100, 000 veces la del sol, en lugar de semillas ligeras con aproximadamente 100 veces la masa del Sol. Esto aborda un misterio importante en astrofísica sobre cómo estos objetos pueden crecer tan rápidamente para alcanzar masas de aproximadamente mil millones de veces la del Sol en el Universo temprano.

También han detectado rayos X de galaxias masivas a distancias de hasta unos 12.500 millones de años luz de la Tierra. La mayor parte de la emisión de rayos X de las galaxias más distantes probablemente proviene de grandes colecciones de agujeros negros de masa estelar dentro de las galaxias. Estos agujeros negros se forman a partir del colapso de estrellas masivas y, por lo general, pesan entre unas pocas y unas pocas docenas de veces la masa del Sol.

"Al detectar rayos X de galaxias tan distantes, estamos aprendiendo más sobre la formación y evolución de los agujeros negros supermasivos y de masa estelar en el Universo temprano, "dijo el miembro del equipo Fabio Vito, becario postdoctoral en astronomía y astrofísica, Penn State. "Estamos mirando hacia atrás a los tiempos en que los agujeros negros estaban en fases cruciales de crecimiento, similar a los bebés y adolescentes hambrientos ".

Para realizar este estudio, el equipo combinó los datos de rayos X de Chandra con datos muy profundos del Telescopio Espacial Hubble sobre el mismo parche de cielo. Estudiaron la emisión de rayos X de más de 2, 000 galaxias identificadas por el Hubble que se encuentran entre unos 12 y 13 mil millones de años luz de la Tierra.

Se necesitará más trabajo utilizando Chandra y futuros observatorios de rayos X para proporcionar una solución definitiva al misterio de cómo los agujeros negros supermasivos pueden alcanzar rápidamente grandes masas. Una muestra más grande de galaxias distantes provendrá de observaciones con el telescopio espacial James Webb, ampliar el estudio de la emisión de rayos X desde los agujeros negros a distancias aún mayores de la Tierra.

Los investigadores presentaron sus resultados hoy (5 de enero) en la 229a reunión de la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Grapevine, Texas. Un artículo sobre el crecimiento de los agujeros negros en el Universo temprano, dirigido por Fabio Vito, fue publicado el 10 de agosto de 2016, cuestión de la Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society . Un documento de encuesta dirigido por Bin Luo fue aceptado recientemente para su publicación en El diario astrofísico Serie de suplementos.

Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian en Cambridge, Massachusetts, controla las operaciones científicas y de vuelo de Chandra.

Penn State y MIT, bajo el liderazgo de Gordon Garmire, Evan Pugh Profesor Emérito de Astronomía, Penn State, desarrolló el instrumento ACIS para la NASA.