Una encuesta encuentra más agujeros negros supermasivos ocultos de lo esperado

Múltiples telescopios de la NASA ayudaron recientemente a los científicos a buscar en el cielo agujeros negros supermasivos, hasta miles de millones de veces más pesados ​​que el sol. El nuevo estudio es único porque tenía tantas probabilidades de encontrar agujeros negros masivos escondidos detrás de espesas nubes de gas y polvo como aquellos que no lo están.

Los astrónomos creen que cada gran galaxia del universo tiene un agujero negro supermasivo en su centro. Pero probar esta hipótesis es difícil porque los investigadores no pueden contar los miles de millones o incluso billones de agujeros negros supermasivos que se cree que existen en el universo. En lugar de ello, tienen que extrapolar a partir de muestras más pequeñas para conocer la población más grande. Por lo tanto, medir con precisión la proporción de agujeros negros supermasivos ocultos en una muestra determinada ayuda a los científicos a estimar mejor el número total de agujeros negros supermasivos en el universo.

El nuevo estudio publicado en La revista astrofísica Descubrió que alrededor del 35% de los agujeros negros supermasivos están muy oscurecidos, lo que significa que las nubes de gas y polvo circundantes son tan espesas que bloquean incluso la luz de rayos X de baja energía.

Búsquedas comparables han encontrado anteriormente que menos del 15% de los agujeros negros supermasivos están tan oscurecidos. Los científicos creen que la verdadera división debería estar más cerca de 50/50 basándose en modelos de cómo crecen las galaxias. Si las observaciones continúan indicando que menos de la mitad de los agujeros negros supermasivos están ocultos, los científicos necesitarán ajustar algunas ideas clave que tienen sobre estos objetos y el papel que desempeñan en la configuración de las galaxias.

Tesoro escondido

Aunque los agujeros negros son inherentemente oscuros (ni siquiera la luz puede escapar de su gravedad), también pueden ser algunos de los objetos más brillantes del universo: cuando el gas se pone en órbita alrededor de un agujero negro supermasivo, como el agua que circula alrededor de un desagüe, la gravedad extrema crea Una fricción y un calor tan intensos que el gas alcanza cientos de miles de grados e irradia con tanta intensidad que puede eclipsar a todas las estrellas de la galaxia circundante.

Las nubes de gas y polvo que rodean y reponen el brillante disco central pueden tomar aproximadamente la forma de un toro o rosquilla. Si el agujero de rosquilla mira hacia la Tierra, el brillante disco central dentro de él es visible; si el donut se ve de canto, el disco está oscurecido.

La mayoría de los telescopios pueden identificar con bastante facilidad los agujeros negros supermasivos de frente, aunque no los de canto. Pero hay una excepción a esto que aprovecharon los autores del nuevo artículo: el toro absorbe luz de la fuente central y reemite luz de menor energía en el rango infrarrojo (longitudes de onda ligeramente más largas que las ojos humanos puede detectar). Básicamente, los donuts brillan en infrarrojos.

Estas longitudes de onda de luz fueron detectadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo de la NASA, o IRAS, que operó durante 10 meses en 1983 y fue administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. El IRAS, un telescopio de rastreo que tomó imágenes de todo el cielo, pudo ver las emisiones infrarrojas de las nubes circundantes. agujeros negros supermasivos. Lo más importante es que podría detectar igualmente bien los agujeros negros de frente y de canto.

IRAS atrapó cientos de objetivos iniciales. Algunos de ellos resultaron no ser agujeros negros muy oscurecidos, sino galaxias con altas tasas de formación estelar que emiten un brillo infrarrojo similar. Entonces, los autores del nuevo estudio utilizaron telescopios terrestres de luz visible para identificar esas galaxias y separarlas de los agujeros negros ocultos.

Para confirmar los agujeros negros de borde y muy oscurecidos, los investigadores confiaron en el NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA, un observatorio de rayos X también administrado por el JPL. Algunos de los materiales más calientes alrededor del agujero negro irradian rayos X. Los rayos X de menor energía son absorbidos por las nubes de gas y polvo circundantes, mientras que los rayos X de mayor energía observados por NuSTAR pueden penetrar y dispersarse en las nubes. Detectar estos rayos X puede llevar horas de observación, por lo que los científicos que trabajan con NuSTAR primero necesitan un telescopio como IRAS que les indique dónde mirar.

«Me sorprende lo útiles que fueron IRAS y NuSTAR para este proyecto, especialmente a pesar de que IRAS estuvo operativo hace más de 40 años», dijo el líder del estudio Peter Boorman, astrofísico de Caltech en Pasadena, California. «Creo que muestra el valor heredado de los archivos de los telescopios y el beneficio de utilizar múltiples instrumentos y longitudes de onda de luz juntos».

ventaja numérica

Determinar el número de agujeros negros ocultos en comparación con los no ocultos puede ayudar a los científicos a comprender cómo estos agujeros negros crecen tanto. Si crecen consumiendo material, entonces un número significativo de agujeros negros deberían estar rodeados de espesas nubes y potencialmente oscurecidos. Boorman y sus coautores dicen que su estudio respalda esta hipótesis.

Además, los agujeros negros influyen en las galaxias en las que viven, principalmente al afectar su crecimiento. Esto sucede porque los agujeros negros rodeados por enormes nubes de gas y polvo pueden consumir enormes (pero no infinitas) cantidades de material. Si cae demasiado hacia un agujero negro a la vez, el agujero negro comienza a expulsar el exceso y a dispararlo de regreso a la galaxia. Eso puede dispersar nubes de gas dentro de la galaxia donde se están formando estrellas, desacelerando el ritmo de formación estelar allí.

«Si no tuviéramos agujeros negros, las galaxias serían mucho más grandes», afirmó Poshak Gandhi, profesor de astrofísica de la Universidad de Southampton en el Reino Unido y coautor del nuevo estudio. «Así que si no tuviéramos un agujero negro supermasivo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, podría haber muchas más estrellas en el cielo. Éste es sólo un ejemplo de cómo los agujeros negros pueden influir en la evolución de una galaxia».