Aprovechando una lente natural en el espacio, Los astrónomos han captado una mirada sin precedentes a los rayos X de un sistema de agujeros negros en el universo temprano.

Esta lupa se utilizó para afinar imágenes de rayos X por primera vez utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Capturó detalles sobre los agujeros negros que normalmente estarían demasiado distantes para estudiarlos con los telescopios de rayos X existentes.

Los astrónomos aplicaron un fenómeno conocido como "lente gravitacional" que ocurre cuando el camino que toma la luz de objetos distantes es desviado por una gran concentración de masa. como una galaxia, que se encuentra a lo largo de la línea de visión. Esta lente puede aumentar y amplificar la luz en grandes cantidades y crear imágenes duplicadas del mismo objeto. La configuración de estas imágenes duplicadas se puede utilizar para descifrar la complejidad del objeto y agudizar las imágenes.

El sistema de lentes gravitacionales del nuevo estudio se llama MG B2016 + 112. Los rayos X detectados por Chandra fueron emitidos por este sistema cuando el universo tenía solo 2 mil millones de años. en comparación con su edad actual de casi 14 mil millones de años.

“Nuestros esfuerzos por ver y comprender objetos tan distantes en rayos X estarían condenados si no tuviéramos una lupa natural como esta, "dijo Dan Schwartz del Centro de Astrofísica, Harvard y Smithsonian (CfA), quien dirigió el estudio.

La última investigación se basa en trabajos anteriores dirigidos por la coautora Cristiana Spingola, actualmente en el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia. Usando observaciones de radio de MG B2016 + 112, su equipo encontró evidencia de un par de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento separados solo por unos 650 años luz. Descubrieron que ambos candidatos a agujero negro posiblemente tengan chorros.

Usando un modelo de lente gravitacional basado en los datos de radio, Schwartz y sus colegas llegaron a la conclusión de que las tres fuentes de rayos X que detectaron del sistema MG B2016 + 112 deben haber resultado de la lente de dos objetos distintos. Estos dos objetos emisores de rayos X son probablemente un par de agujeros negros supermasivos en crecimiento o un agujero negro supermasivo en crecimiento y su chorro. La separación estimada de estos dos objetos es consistente con el trabajo de radio.

Las mediciones anteriores de Chandra de pares o tríos de agujeros negros supermasivos en crecimiento generalmente han involucrado objetos mucho más cercanos a la Tierra. o con separaciones mucho mayores entre los objetos. Anteriormente se había observado un chorro de rayos X a una distancia aún mayor de la Tierra, con luz emitida cuando el universo tenía solo el 7% de su edad actual. Sin embargo, la emisión del chorro está separada del agujero negro por aproximadamente 160, 000 años luz.

El presente resultado es importante porque proporciona información crucial sobre la velocidad de crecimiento de los agujeros negros en el universo temprano y la detección de un posible sistema de doble agujero negro. La lente gravitacional amplifica la luz de estos objetos lejanos que de otra manera serían demasiado débiles para detectar. La luz de rayos X detectada de uno de los objetos en MG B2016 + 112 puede ser hasta 300 veces más brillante de lo que hubiera sido sin las lentes.

"Los astrónomos han descubierto agujeros negros con masas miles de millones de veces mayores que la de nuestro Sol que se formaron solo cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía solo un pequeño porcentaje de su edad actual, ", dijo Spingola." Queremos resolver el misterio de cómo estos agujeros negros supermasivos ganaron masa tan rápidamente ".

Los aumentos de las lentes gravitacionales pueden permitir a los investigadores estimar cuántos sistemas que contienen dos agujeros negros supermasivos tienen separaciones lo suficientemente pequeñas como para producir ondas gravitacionales observables en el futuro con detectores basados ​​en el espacio.

"De muchas maneras, este resultado es una emocionante prueba de concepto de cómo esta 'lupa' puede ayudarnos a revelar la física de los distantes agujeros negros supermasivos en un enfoque novedoso. Sin este efecto, Chandra habría tenido que observarlo unos cientos de veces más e incluso entonces no revelaría las complejas estructuras. "dijo la coautora Anna Barnacka de la CfA y la Universidad Jagiellonian, quien desarrolló las técnicas para convertir lentes gravitacionales en telescopios de alta resolución para enfocar las imágenes.

"Gracias a las lentes gravitacionales, las observaciones de Chandra mucho más largas pueden distinguir entre el par de agujeros negros y las explicaciones del agujero negro más el chorro. También esperamos aplicar esta técnica en el futuro, especialmente porque los reconocimientos realizados por importantes nuevas instalaciones ópticas y de radio que pronto se pondrán en funcionamiento proporcionarán decenas de miles de objetivos, "concluyó Schwartz.

La incertidumbre en la posición de los rayos X de uno de los objetos en MG B2016 + 112 es de 130 años luz en una dimensión y 2, 000 años luz en el otro, dimensión perpendicular. Esto significa que el tamaño del área donde probablemente se encuentra la fuente es más de 100 veces menor que el área correspondiente para una fuente Chandra típica que no tiene lentes. Tal precisión en la determinación de la posición no tiene paralelo en la astronomía de rayos X para una fuente a esta distancia.

Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición de agosto de El diario astrofísico .