Una pregunta de larga data en astrofísica es:¿cómo y cuándo aparecieron y crecieron los agujeros negros supermasivos en el universo temprano? Una nueva investigación que utiliza el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sugiere que una respuesta a esta pregunta radica en la forma intermitente en que los agujeros negros gigantes pueden consumir material en los primeros mil millones de años después del Big Bang.

Los astrónomos han determinado que el Big Bang ocurrió hace unos 13.800 millones de años y tienen evidencia del SDSS de que hace unos 12.800 millones de años existían agujeros negros supermasivos con masas de aproximadamente mil millones de veces la del Sol. Esto implica que los agujeros negros supermasivos crecieron rápidamente en los primeros mil millones de años después del Big Bang. Todavía, Los científicos han luchado por encontrar signos de estos agujeros negros gigantes en crecimiento.

"Los agujeros negros supermasivos no nacen espontáneamente; necesitan ingerir grandes cantidades de material y eso lleva tiempo, "dijo el autor principal Edwige Pezzulli, Estudiante de doctorado de la Universidad de Roma en Italia y miembro del proyecto "FIRST", financiado por el Consejo Europeo de Investigación. "Estamos tratando de averiguar cómo lo han hecho sin dar muchos signos reveladores de este crecimiento".

Cuando el material cae hacia un agujero negro, se calienta, y produce grandes cantidades de radiación electromagnética, incluida una copiosa emisión de rayos X. Los agujeros negros de rápido crecimiento en el Universo temprano deberían ser detectables con Chandra. Sin embargo, Estos crecientes agujeros negros supermasivos han demostrado ser esquivos, con solo unos pocos, candidatos aún por confirmar encontrados en observaciones de Chandra muy largas, como Chandra Deep Field-South, la imagen de rayos X más profunda jamás tomada.

Para abordar este enigma, Pezzulli y sus colegas examinaron diferentes modelos teóricos y los probaron con datos ópticos del SDSS y datos de rayos X de Chandra. Sus hallazgos indican que la alimentación de los agujeros negros durante esta era puede encenderse abruptamente y durar cortos períodos de tiempo. lo que significa que este crecimiento puede ser difícil de detectar.

"En nuestro modelo, solo alrededor de un tercio de los agujeros negros consumían material activamente y crecían hace 13 mil millones de años", dijo la coautora Rosa Valiante del Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) en Italia y miembro del equipo FIRST. "Aproximadamente 200 millones de años antes, solo el 3% de los agujeros negros comían activamente. aparece, puede ser todo ".

Los investigadores llegaron a sus conclusiones después de probar múltiples hipótesis, todo lo cual asumió que el crecimiento del agujero negro podría exceder el llamado límite de Eddington, donde la presión hacia afuera de la radiación del gas caliente equilibra la atracción hacia adentro de la gravedad del agujero negro.

Los resultados de los autores argumentaron en contra de la posibilidad de que solo una pequeña fracción de las galaxias durante los primeros mil millones de años después del Big Bang contengan agujeros negros supermasivos. También, aunque estos primeros agujeros negros probablemente estaban oscurecidos por espesas nubes de material, los autores encontraron que la mayoría de los rayos X habrían podido penetrar estas nubes.

El estudio se basa en la idea de que cuando nacieron, los primeros agujeros negros pesaron sólo unos cien soles. "Estas semillas de agujeros negros" ligeros "podrían ser los remanentes de la primera generación de estrellas masivas formadas sólo unos cientos de millones de años después del Big Bang", dijo la coautora Maria Orofino. Estudiante de doctorado de la Scuola Normale Superiore en Italia.

Los investigadores, un equipo de científicas, incluyendo a Simona Gallerani de la Scuola Normale Superiore en Pisa y Tullia Sbarrato de la Universidad Bicocca de Milán, en Italia, descubrió que los agujeros negros pueden aumentar tanto en sus relativamente raros estallidos de intenso crecimiento que las semillas ligeras pueden alcanzar mil millones de veces la masa del Sol cuando el universo tiene solo mil millones de años.

"Para saber si en última instancia estamos en lo cierto, tendremos que mirar franjas más grandes del cielo en rayos X para ver si podemos encontrar las primeras, festejar los agujeros negros que nuestros modelos han predicho, "dijo Raffaella Schneider, de la Universidad Sapienza en Italia y líder del proyecto ERC FIRST. "Nuestros resultados ciertamente son prometedores".