Hubble arroja luz sobre los orígenes de los agujeros negros supermasivos

Hubble arroja luz sobre los orígenes de los agujeros negros supermasivos


13 de abril de 2022

(Noticias de Nanowerk) Los astrónomos han identificado un agujero negro de rápido crecimiento en el Universo primitivo que se cree que es el «eslabón perdido» crucial entre las galaxias jóvenes en formación estelar y los primeros agujeros negros supermasivos. Utilizaron datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para hacer este descubrimiento.

Hasta ahora, el monstruo, apodado GNz7q, ha estado acechando desapercibido en una de las áreas mejor estudiadas del cielo nocturno, el campo Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North).

Los datos archivados del Hubble de la Cámara avanzada para encuestas del Hubble ayudaron al equipo a determinar que GNz7q existió solo 750 millones de años después del Big Bang. El equipo obtuvo evidencia de que GNz7q es un agujero negro recién formado. Hubble encontró una fuente compacta de luz ultravioleta (UV) e infrarroja. Esto no podría ser causado por las emisiones de las galaxias, pero es consistente con la radiación que se espera de los materiales que caen sobre un agujero negro. GNz7q Utilizando datos de archivo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA y otros observatorios espaciales y terrestres, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un objeto único en el Universo distante que representa un vínculo crucial entre las galaxias jóvenes en formación estelar y los primeros agujeros negros supermasivos. Este objeto es el primero de su tipo en ser descubierto cuando el Universo tenía solo 750 millones de años. Había estado acechando desapercibido en una de las áreas más estudiadas del cielo nocturno. El objeto, designado GNz7q, es el punto rojo en el centro de la imagen Hubble Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North). (Imagen: NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Centro Cosmic Dawn/Instituto Niels Bohr/Universidad de Copenhague, Dinamarca)

La teoría y las simulaciones por computadora predicen agujeros negros de rápido crecimiento en galaxias polvorientas de formación estelar temprana, pero aún no se han observado.

«Nuestro análisis sugiere que GNz7q es el primer ejemplo de un agujero negro de rápido crecimiento en el núcleo polvoriento de una galaxia con estallido estelar en una época que se acerca a la del primer agujero negro supermasivo conocido en el Universo», dijo Seiji Fujimoto, astrónomo de Niels Bohr. Instituto de la Universidad de Copenhague y autor principal del Naturaleza Documento («Un objeto polvoriento y compacto que une galaxias y cuásares en el amanecer cósmico») que describe este descubrimiento. «Las propiedades del objeto a lo largo del espectro electromagnético están en excelente acuerdo con las predicciones de las simulaciones teóricas».

Uno de los misterios pendientes de la astronomía contemporánea es: ¿Cómo es posible que los agujeros negros supermasivos, con un peso de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, crezcan tanto y tan rápidamente?

Las teorías actuales predicen que los agujeros negros supermasivos comienzan su vida en los núcleos cubiertos de polvo de las galaxias con estallido estelar, que forman estrellas vigorosamente antes de expulsar el gas y el polvo circundantes y emerger como cuásares extremadamente luminosos. Aunque son extremadamente raros, tanto estas polvorientas galaxias con estallido estelar como los cuásares luminosos se descubrieron en el Universo primitivo.

El equipo cree que GNz7q puede ser un eslabón perdido entre estas dos clases de objetos. GNz7q tiene exactamente los dos aspectos de la galaxia con estallido estelar polvoriento y el cuásar, con la luz del cuásar mostrando el color rojo polvoriento. Además, GNz7q carece de varias características que normalmente se observan en los típicos cuásares muy luminosos (correspondientes a la emisión del disco de acreción del agujero negro supermasivo), lo que muy probablemente explica que el agujero negro central en GN7q todavía es joven y tiene una fase menos masiva. Estas propiedades están en perfecto acuerdo con el cuásar de transición joven, que se predijo en simulaciones pero nunca se identificó en un universo con un corrimiento al rojo similarmente alto como los cuásares muy luminosos identificados previamente hasta el corrimiento al rojo 7.6. la representación del artista de un agujero negro supermasivo que reside en el núcleo cubierto de polvo de una galaxia Esta es la representación de un artista de un agujero negro supermasivo que reside en el núcleo cubierto de polvo de una galaxia «Starburst» en formación estelar. Eventualmente se convertirá en un quásar extremadamente brillante una vez que se aclare el polvo. El equipo de investigación cree que el objeto descubierto en un estudio de cielo profundo del Hubble podría ser el «eslabón perdido» evolutivo entre los cuásares y las galaxias con formación de estrellas. El polvoriento agujero negro se formó apenas 750 millones de años después del Big Bang. (Gráficos: NASA, ESA, N. Bartmann)

«GNz7q proporciona un vínculo directo entre estas dos poblaciones raras y ofrece una nueva forma de comprender el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos en los primeros días del Universo», continuó Fujimoto. «Nuestro descubrimiento es un ejemplo de los progenitores de los agujeros negros supermasivos que observamos en épocas posteriores».

Si bien no se pueden descartar por completo otras interpretaciones de los datos del equipo, las propiedades observadas de GNz7q están en fuerte acuerdo con las predicciones teóricas. La galaxia anfitriona de GNz7q está formando estrellas a un ritmo de 1.600 masas solares por año, y la propia GNz7q parece brillante en longitudes de onda ultravioleta pero muy débil en longitudes de onda de rayos X.

En general, el disco de acreción de un agujero negro masivo debería ser muy brillante tanto en luz ultravioleta como en rayos X. Pero esta vez, aunque el equipo descubrió la luz ultravioleta con Hubble, la luz de rayos X era invisible incluso con uno de los conjuntos de datos de rayos X más profundos. Estos resultados sugieren que el núcleo del disco de acreción, del que se originan los rayos X, todavía está oscurecido; mientras que la parte exterior del disco de acreción, donde se produce la luz ultravioleta, queda expuesta. Esta interpretación sostiene que GNz7q es un agujero negro de rápido crecimiento aún oscurecido por el polvoriento núcleo de su galaxia anfitriona de formación estelar.

«GNz7q es un descubrimiento único que se encuentra justo en medio de un campo del cielo famoso y bien estudiado, lo que demuestra que los grandes descubrimientos a menudo se pueden ocultar justo frente a ti», comentó Gabriel Brammer, otro astrónomo del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y miembro del equipo detrás de este resultado. «Es poco probable que el descubrimiento de GNz7q dentro del área de estudio relativamente pequeña de GOODS-North haya sido solo ‘mala suerte’, sino que la prevalencia de tales fuentes es en realidad significativamente más alta de lo que se pensaba anteriormente».

Encontrar GNz7q escondido a simple vista solo fue posible gracias a los conjuntos de datos de longitud de onda múltiple detallados de forma única disponibles para GOODS-North. Sin esta gran cantidad de datos, GNz7q habría sido fácil de pasar por alto, ya que carece de las características distintivas que normalmente se utilizan para identificar los cuásares en el Universo primitivo. El equipo ahora espera utilizar estudios dedicados de alta resolución para buscar sistemáticamente objetos similares y utilizar los instrumentos espectroscópicos del telescopio espacial James Webb de la NASA para estudiar objetos como GNz7q con un detalle sin precedentes.

«Con el Telescopio Espacial James Webb, será posible caracterizar completamente estos objetos y estudiar su evolución y la física subyacente con mucho más detalle», concluyó Fujimoto. «Una vez que Webb esté en funcionamiento regular, tendrá la oportunidad de determinar de manera decisiva qué tan comunes son realmente estos agujeros negros de rápido crecimiento».



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