Agujero negro en el Universo primitivo parece consumir materia por encima de su limite teórico         

Por: Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA).

05 de noviembre de 2024

Esta ilustración de un artista muestra una galaxia enana roja del universo temprano que alberga un agujero negro que se alimenta rápidamente en su centro. Crédito de la imagen: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani.

Los agujeros negros supermasivos existen en el centro de la mayoría de las galaxias, y los telescopios modernos continúan observándolos en momentos sorprendentemente tempranos en la evolución del Universo. Resulta difícil comprender cómo estos agujeros negros pudieron crecer tan rápido y tan grande, pero con el descubrimiento de un agujero negro supermasivo de baja masa que se alimenta de materia a un ritmo extremo, observado apenas 1.500 millones de años después del Big Bang, los astrónomos ahora tienen información valiosa sobre los mecanismos de crecimiento rápido de los agujeros negros en el Universo primitivo.

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 sondeo legado COSMOS del Observatorio de rayos X Chandra. Esta población de galaxias es muy brillante en la parte de rayos X del espectro, pero es invisible en el espectro óptico y en el infrarrojo cercano. La sensibilidad infrarroja única del JWST le permite detectar estas débiles emisiones 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 rayos X, lo que generó inquietudes sobre el correcto centrado del objetivo en el campo de visión del JWST. Por lo tanto, en lugar de utilizar la espectroscopia de rendija tradicional, los científicos de soporte de instrumentación del JWST sugirieron que el equipo de Suh utilizara el espectrógrafo de campo integral del NIRSpec del 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.

El NIRSpec del JWST permitió al equipo obtener una vista completa de su objetivo y de la región circundante, lo que condujo al descubrimiento inesperado de potentes eflujos de gas alrededor del agujero negro central. La velocidad y el tamaño de estos eflujos llevaron al equipo a inferir que una fracción sustancial del crecimiento de masa de LID-568 puede haber ocurrido en un solo episodio de acreción rápida. En un descubrimiento sorprendente, Suh y su equipo descubrieron que LID-568 parece estar alimentándose de materia a un ritmo 40 veces superior al límite de Eddington.

Este límite se relaciona con la luminosidad máxima que puede alcanzar un agujero negro, así como con la velocidad a la que puede absorber materia, de modo que su fuerza gravitatoria hacia adentro y la presión hacia afuera generada por el calor de la materia comprimida que cae hacia adentro permanezcan en equilibrio. Cuando se calculó que la luminosidad de LID-568 era mucho mayor de lo teóricamente posible, el equipo supo que tenían algo notable en sus datos.

Estos resultados aportan 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 con acreción super-Eddington sugiere que una porción significativa del crecimiento de masa puede ocurrir durante un solo episodio de alimentación rápida, independientemente de si el agujero negro se originó a partir de una semilla ligera o pesada”, dice Suh.

Fuente:

https://phys.org/news/2024-11-black-hole-early-universe-consuming.html