Descubren el agujero negro más voraz en el Universo primitivo
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Astrónomos de NSF NOIRLab descubrieron el agujero negro más voraz observado hasta ahora en los albores del Universo. las observaciones de James Webb Space Telescope y el Observatorio de rayos X Chandra revelaron un agujero negro supermasivo de baja masa que parece estar consumiendo materia a más de 40 veces el límite teórico que conocemos en la Tierra.
En el centro de la mayoría de las galaxias existen agujeros negros supermasivos, y los telescopios modernos continúan observándolos en momentos sorprendentemente tempranos de la evolución del Universo. Es difícil entender cómo estos agujeros negros pudieron crecer tanto y tan rápidamente. Pero con el descubrimiento de un agujero negro supermasivo de baja masa que se alimenta de material a un ritmo extremo, 1.500 millones de años después del Big Bang, los astrónomos ahora tienen nuevos conocimientos valiosos sobre los mecanismos de los agujeros negros de crecimiento rápido en el Universo temprano.
LID-568 fue descubierto por un equipo interinstitucional de astrónomos dirigido por el astrónomo Hyewon Suh del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab. Utilizaron el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para observar una muestra de galaxias del estudio del legado COSMOS del Observatorio de rayos X Chandra. Esta población de galaxias es muy brillante en la parte del espectro de rayos X, pero son invisibles en el infrarrojo óptico y cercano. La sensibilidad infrarroja única del JWST le permite detectar estas emisiones débiles homólogas.
LID-568 se destacó dentro de la muestra por su intensa emisión de rayos X, pero su posición exacta no pudo determinarse únicamente a partir de las observaciones de esas emisiones, lo que generó preocupaciones sobre el centrado adecuado del objetivo en el campo de visión del JWST. Entonces, en lugar de usar la espectroscopia tradicional, los científicos de soporte de instrumentación de JWST sugirieron que el equipo de Suh usara el espectrógrafo de campo integral en el NIRSpec de JWST. Este instrumento puede obtener un espectro para cada píxel en el campo de visión del instrumento en lugar de limitarse a una porción estrecha.
“Debido a su naturaleza tenue, la detección de LID-568 sería imposible sin JWST. El uso del espectrógrafo de campo integral fue innovador y necesario para realizar nuestras observaciones”, señaló Emanuele Farina, astrónomo del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab y coautor del artículo publicado en Nature Astronomy.
El NIRSpec de JWST permitió al equipo obtener una visión completa de su objetivo y la región circundante, lo que llevó al descubrimiento inesperado de poderosas salidas de gas alrededor del agujero negro central. La velocidad y el tamaño de estas salidas llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento masivo de LID-568 puede haber ocurrido en un solo episodio de rápida acumulación. “Este resultado fortuito añadió una nueva dimensión a nuestra comprensión del sistema y abrió interesantes vías de investigación”, expresó Suh.
En un hallazgo sorprendente, Suh y su equipo descubrieron que LID-568 parece alimentarse de materia a un ritmo 40 veces mayor que el límite de Eddington. Este límite se relaciona con la luminosidad máxima que un agujero negro puede alcanzar, así como con la rapidez con la que puede absorber materia, de modo que su fuerza gravitacional hacia adentro y la presión hacia afuera generada por el calor de la materia comprimida que cae permanecen en equilibrio. Cuando se calculó que la luminosidad de LID-568 era mucho más alta de lo teóricamente posible, el equipo supo que había algo notable en sus datos.
Cuando los agujeros negros están de fiesta… #
“Este agujero negro se está divirtiendo”, dijo la astrónoma y coautora del Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab, Julia Scharwächter. “Este caso extremo muestra que un mecanismo de alimentación rápida por encima del límite de Eddington es una de las posibles explicaciones de por qué vemos estos agujeros negros tan pesados en el Universo temprano”.
Estos resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre la formación de agujeros negros supermasivos a partir de “semillas” de agujeros negros más pequeños, que según las teorías actuales surgen de la muerte de las primeras estrellas del Universo (“semillas” ligeras) o del colapso directo de nubes de gas (“semillas” pesadas). Hasta ahora, estas teorías carecían de confirmación observacional. **“El descubrimiento de un agujero negro en acreción súper Eddington sugiere que una parte significativa del crecimiento masivo puede ocurrir durante un solo episodio de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla liviana o pesada”, detalló Suh.
Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra y del Telescopio Espacial James Webb, un equipo de astrónomos de NOIRLab, de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. descubrió un agujero negro supermasivo de baja masa en el centro de una galaxia apenas 1,5 mil millones de años después del Big Bang. Está acumulando materia a un ritmo fenomenal, más de 40 veces el límite teórico. Si bien de corta duración, la “fiesta” de este agujero negro podría ayudar a los astrónomos a explicar cómo los agujeros negros supermasivos crecieron tan rápido en el universo temprano. Créditos: Imágenes y vídeos: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani/NASA/CXC/J.Vaughan/A. M. Gutiérrez/J. Davelaar/Radboud University/BlackHoleCam/N. Bartmann (NSF NOIRLab)
Music: Stellardrone - Airglow**
El descubrimiento de LID-568 también muestra que es posible que un agujero negro exceda su límite de Eddington y brinda la primera oportunidad para que los astrónomos estudien cómo sucede esto. Es posible que los poderosos flujos de salida observados en LID-568 puedan estar actuando como una válvula de liberación para el exceso de energía generado por la acumulación extrema, evitando que el sistema se vuelva demasiado inestable. Para investigar más a fondo los mecanismos en juego, el equipo está planificando observaciones de seguimiento con JWST.
El paper “A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST” fue publicado en Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-024-02402-9
El equipo está integrado por Hyewon Suh ( International Gemini Observatory/ NSF NOIRLab, USA), Julia Scharwächter (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab, USA), Emanuele Paolo Farina (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab, USA), Federica Loiacono (INAF – Astrophysics and Space Science Observatory, Italy), Giorgio Lanzuisi (INAF – Astrophysics and Space Science Observatory, Italy), Günther Hasinger (Institute of Nuclear and Particle Physics/DESY/German Center for Astrophysics, Germany), Stefano Marchesi (INAF-Astrophysics and Space Science Observatory, Italy), Mar Mezcua (Institute of Space Sciences/Institute of Spatial Studies of Catalonia, Spain), Roberto Decarli (INAF – Astrophysics and Space Science Observatory, Italy), Brian C. Lemaux (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab, USA, Institute of Astrophysics, Italy), Marta Volonteri (Paris Institute of Astrophysics, France), Francesca Civano (NASA Goddard Space Flight Center, USA), Sukyoung K. Yi (Department of Astronomy and Yonsei University Observatory, Republic of Korea), San Han (Department of Astronomy and Yonsei University Observatory, Republic of Korea), Mark Rawlings (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab, USA), Denise Hung (International Gemini Observatory/NSF NOIRLab, USA)
NSF NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.), el centro estadounidense de astronomía óptica-infrarroja terrestre, opera el Observatorio Internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canadá, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI–República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo ( CTIO), el Centro Comunitario de Ciencia y Datos ( CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía de Estados Unidos). Está gestionado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en I’oligam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, Hawái y en el Cerro Tololo y el Cerro Pachón en Chile. Los investigadores indicaron que “reconocemos el importante papel cultural y la importancia que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, la comunidad nativa hawaiana y las comunidades locales en Chile, respectivamente.
El artículo NSF NOIRLab Astronomers Discover the Fastest-Feeding Black Hole in the Early Universe fue publicado en el sitio de NOIRLab
