Un grupo de astrónomos, incluidos los científicos de Penn State, ha anunciado el probable descubrimiento de un agujero negro muy oculto que existe solo 850 millones de años después del Big Bang, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Esta es la primera evidencia de un agujero negro encubierto en un momento tan temprano.

Los agujeros negros supermasivos crecen típicamente al extraer material de un disco de materia circundante. Para un crecimiento más rápido, este proceso genera cantidades prodigiosas de radiación en una región muy pequeña alrededor del agujero negro, y produce un extremadamente brillante, fuente compacta llamada cuásar.

Los cálculos teóricos indican que la mayor parte del crecimiento temprano de los agujeros negros ocurre mientras el agujero negro y el disco están rodeados por una densa nube de gas que alimenta material al disco. A medida que el agujero negro crece el gas de la nube se agota hasta que se descubren el agujero negro y su disco brillante.

"Es extraordinariamente desafiante encontrar quásares en esta fase encubierta porque gran parte de su radiación es absorbida y no puede ser detectada por los instrumentos actuales". "dijo Fabio Vito, Becaria CAS-CONICYT de la Pontificia Universidad Católica de Chile, quien dirigió el estudio, que comenzó como investigador postdoctoral en Penn State. "Gracias a Chandra y la capacidad de los rayos X para atravesar la nube oscura, creemos que finalmente lo hemos logrado ".

El descubrimiento resultó de las observaciones de un quásar llamado PSO 167-13, que fue descubierto por primera vez por Pan-STARRS, un telescopio de luz óptica en Hawaii. Las observaciones ópticas de estos y otros estudios han dado como resultado la detección de unos 200 cuásares que ya brillaban intensamente cuando el universo tenía menos de mil millones de años. o alrededor del 8 por ciento de su edad actual. Estas encuestas solo se consideraron efectivas para encontrar agujeros negros no ocultos, porque la radiación que detectan es suprimida incluso por nubes delgadas de gas y polvo circundantes. Por lo tanto, se esperaba que PSO 167-13 estuviera despejado.

El equipo de Vito pudo probar esta idea haciendo observaciones de Chandra de PSO 167-13 y otros nueve cuásares descubiertos con levantamientos ópticos. Después de 16 horas de observación, solo se detectaron tres fotones de rayos X de PSO 167-13, todo con energías relativamente altas. Los rayos X de baja energía se absorben más fácilmente que los de mayor energía, por lo que la explicación probable de la observación de Chandra es que el quásar está muy oscurecido por el gas, permitiendo que solo se detecten rayos X de alta energía.

"Esto fue una completa sorpresa, "dijo el coautor Niel Brandt, Verne M. Willaman Profesor de astronomía y astrofísica y profesor de física en Penn State. "Era como si estuviéramos esperando una polilla, pero vimos un capullo en su lugar. Ninguno de los otros nueve quásares que observamos estaba cubierto, que es lo que anticipamos ".

Un giro interesante para PSO 167-13 es que la galaxia que alberga el cuásar tiene una galaxia compañera cercana visible en datos obtenidos previamente con el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) de antenas de radio en Chile y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Debido a su estrecha separación y la debilidad de la fuente de rayos X, el equipo no pudo determinar si la emisión de rayos X recién descubierta está asociada con el cuásar PSO 167-13 o con la galaxia compañera.

Si los rayos X provienen del quásar conocido, luego, los astrónomos deben desarrollar una explicación de por qué el cuásar apareció muy oscurecido en los rayos X pero no en la luz óptica. Una posibilidad es que ha habido un aumento grande y rápido en el oscurecimiento del cuásar durante los 3 años transcurridos entre el momento en que se realizaron las observaciones ópticas y de rayos X.

Por otra parte, si en cambio los rayos X surgen de la galaxia compañera, luego representa la detección de un nuevo cuásar en las proximidades de PSO 167-13. Este par de cuásares sería el más distante detectado hasta ahora, rompiendo el récord de 1.200 millones de años después del Big Bang. En cualquiera de estos dos casos, el quásar detectado por Chandra sería el más distante hasta ahora visto. El poseedor del récord anterior se observa 1.300 millones de años después del Big Bang. Los autores planean hacer una caracterización más refinada de la fuente con observaciones de seguimiento.

"Con una observación más larga de Chandra, podremos obtener una mejor estimación de cuán oscurecido está este agujero negro, "dijo el coautor Franz Bauer, también de la Pontificia Universidad Católica de Chile y ex investigador postdoctoral de Penn State, "y hacer una identificación segura de la fuente de rayos X con el quásar conocido o la galaxia compañera".

Los autores también planean buscar más ejemplos de agujeros negros muy oscurecidos.

"Sospechamos que la mayoría de los agujeros negros supermasivos en el universo temprano están ocultos:entonces es crucial detectarlos y estudiarlos para comprender cómo podrían crecer a masas de mil millones de soles tan rápidamente". "dijo el coautor Roberto Gilli del INAF en Bolonia, Italia.

Un artículo que describe estos resultados aparece en línea el 8 de agosto en la revista. Astronomía y Astrofísica . 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 y de vuelo desde Cambridge, MAMÁ. Los datos utilizados en esta investigación se recopilaron utilizando el espectrómetro de imágenes CCD avanzado en Chandra, un instrumento concebido y diseñado por un equipo dirigido por el profesor emérito de astronomía y astrofísica Gordon Garmire de Penn State Evan Pugh.

Además de Vito, Brandt, y Bauer, el equipo de investigación también incluye a los ex investigadores postdoctorales de Penn State Ohad Shemmer, Cristian Vignali, y Bin Luo, quien también obtuvo su doctorado en Penn State.