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Los chorros distantes nos están dando pistas sobre cómo los agujeros negros supermasivos se vuelven tan grandes
Impresión artística de un chorro de radio que emana de un agujero negro supermasivo. ESO/M. Kornmesser
En el centro de cada galaxia hay un agujero negro supermasivo, un monstruo que mantiene unida la vecindad de estrellas y planetas, gas y polvo. Durante las décadas transcurridas desde que los astrónomos comenzaron a estudiarlos en serio, hemos confirmado que estos objetos realmente existen; hemos aprendido que probablemente sean esenciales para ayudar a formar estrellas; e incluso hemos desarrolló una técnica para obtener imágenes de ellos directamente . Sin embargo, una gran pregunta ha dejado perplejos a los astrónomos: ¿Cómo crecen estas bestias tan masivas, tan rápidamente?
La clave puede residir en los chorros astrofísicos: ráfagas de partículas energizadas y radiación que los agujeros negros supermasivos ocasionalmente expulsan. No sabemos exactamente por qué hacen esto, pero dos nuevos estudios sin precedentes del mismo equipo internacional de astrónomos sugieren que cualquiera que sea la causa, estos chorros podrían ayudar a que crezcan los agujeros negros supermasivos.
El primer hallazgo, reportado en el Diario Astrofísico , es el descubrimiento de un agujero negro supermasivo a 13 mil millones de años luz de distancia que es 300 veces más masivo que el sol. Los astrónomos utilizaron observaciones infrarrojas del telescopio Magellan en el Observatorio Las Campanas en Chile para confirmar que es la fuente de un chorro detectado por primera vez en 2015. Este agujero negro supermasivo es ahora el agujero negro productor de chorro más distante (es decir, el más antiguo) de la historia. detectado.
El segundo, en un estudio de preimpresión que pronto se publicará en el Astrophysical Journal, es el descubrimiento de un chorro astrofísico de un agujero negro supermasivo a 12.700 millones de años luz de distancia y más de mil millones de veces más masivo que el sol, descubierto por primera vez en 2018. El equipo utilizó Chandra X de la NASA. -Observatorio de rayos, que busca emisiones de rayos X de objetos muy calientes en el universo, para hacer estas observaciones. Es el chorro astrofísico más distante jamás observado en rayos X.
Cada conjunto de hallazgos rompe algunos récords astronómicos esotéricos, pero no es por eso que son un gran problema. Ambos ayudan a explicar por qué los agujeros negros supermasivos pueden crecer tan rápidamente a pesar de que constantemente liberan materia de alta energía. Lo que encontró el equipo es la primera evidencia de este tipo de que los aviones en realidad animar la alimentación rápida de un agujero negro.
En la primera investigación, después de que Magallanes confirmara la existencia del agujero negro, el equipo utilizó otros instrumentos, como el Very Large Telescope de Chile, para discernir otras propiedades del agujero negro y su chorro, como la masa.
Los datos adicionales demuestran cómo los chorros fomentan la alimentación. La intensa fuerza gravitacional del agujero negro está tratando de atraer cantidades masivas de gas y polvo hacia su horizonte de eventos (el punto de no retorno). Esta materia tiene un momento angular, lo que significa que no solo cae directamente, sino que orbita el horizonte de eventos. Mientras tanto, la presión de radiación en el área (creada por la fricción y el estrés en el disco de materia en órbita calentándose hasta que brilla) continúa alejando el gas del horizonte de eventos.
Lo que sucede es un poco complejo, pero esencialmente el haz de partículas altamente energizadas del chorro le quita el momento angular al gas a medida que se mueve hacia afuera. Y a diferencia de la presión de radiación, que brilla y empuja en todas las direcciones, el chorro es estrecho, por lo que apenas puede interactuar y afectar las capas de gas menos densas más alejadas. Con una forma en que el gas pierde momento angular con poco retroceso, gran parte del gas que rodea el horizonte de eventos simplemente cae directamente.
De esta manera, el chorro asegura que el agujero negro no esté trabajando activamente contra sí mismo: puede continuar alimentándose, dice Thomas Connor, astrónomo de la NASA y coautor de ambos artículos. Aunque los científicos han sospechado que los chorros podrían desempeñar un papel en el fomento del proceso de alimentación, hasta ahora no hemos visto pruebas convincentes de ello, dice.
El estudio de rayos X refuerza esta idea. Esas observaciones revelaron que el chorro ha viajado a 150.000 años luz de su fuente, lo que la convierte en la primera observación de rayos X de chorros de más de unos pocos miles de años luz. Esta detección de rayos X a gran escala significa que hemos tenido estos chorros durante períodos de tiempo increíblemente largos, dice Connor. No son simples destellos transitorios, sino que se mantuvieron durante cientos de miles de años, tiempo suficiente para ayudar a que un agujero negro supermasivo se alimentara y creciera muy rápidamente. Ahora sabemos que este es un proceso a largo plazo, y así es como estos chorros pueden ayudar a que se formen estos agujeros negros supermasivos, dice. Esta es la pieza que falta que conecta 15 años de teoría con el lugar donde estamos ahora.
Ambos estudios ayudan a sentar las bases para los hallazgos de seguimiento que podrían ayudarnos a aprender más sobre cómo evolucionaron los agujeros negros supermasivos y ayudaron a dar forma al universo primitivo. Ahora tenemos una mejor idea de cómo buscar agujeros negros de épocas tan antiguas, así como la comprensión de que más observaciones de rayos X podrían ser fundamentales para aprender cómo funciona la dinámica de alimentación a chorro.
Para Connor, esas observaciones adicionales serán la clave. Y está bastante animado después del golpe uno-dos de esta semana. Con suerte, el descubrimiento apunta a que hay muchos más de estos objetos por ahí, dice, y espero que podamos romper el récord de distancia nuevamente lo suficientemente pronto.