La NASA descubre un agujero negro supermasivo sin precedentes a más de 13 mil millones de años luz de distancia

Los astrónomos han descubierto el agujero negro más lejano jamás observado con rayos X, situado en la galaxia UHZ1, a más de 13 mil millones de años luz de distancia. Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra y el Telescopio Espacial James Webb, los resultados sugieren que el agujero negro era masivo al nacer, desafiando las teorías actuales sobre los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo. Crédito: NASA

• Un indicador importante del crecimiento de la masa supermasiva. Agujero negro – Emisión de rayos X – encontrada en una galaxia muy, muy lejana.
• Esta galaxia, UHZ1, está situada a 13.200 millones de años luz de distancia y fue observada cuando el universo tenía sólo el 3% de su edad actual.
• NASAObservatorio de rayos X Chandra y Telescopio espacial James Webb Combinaron sus esfuerzos para hacer este descubrimiento.
• Esta es la mejor evidencia hasta ahora de que algunos de los primeros agujeros negros se formaron a partir de enormes nubes de gas.

Los astrónomos han descubierto el agujero negro más distante jamás detectado en rayos X (en una galaxia denominada UHZ1) utilizando los telescopios espaciales Chandra y Webb. La emisión de rayos X es una clara señal de la presencia de un agujero negro supermasivo. Este resultado puede explicar cómo se formaron algunos de los primeros agujeros negros supermasivos del universo. Estas imágenes muestran el cúmulo de galaxias Abell 2744 detrás de UHZ1, en rayos X de Chandra y datos infrarrojos de Webb, así como primeros planos de la galaxia anfitriona del agujero negro UHZ1. Fuente: Rayos X: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrarrojos: NASA/ESA/CSA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/L. Fratari y K. Arcand

Los telescopios de la NASA descubren un agujero negro sin precedentes

Esta imagen revela el agujero negro más distante jamás identificado mediante rayos X, lo que potencialmente arroja luz sobre la formación de los agujeros negros supermasivos más antiguos del universo. El descubrimiento se realizó utilizando rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA (que se muestra en violeta) y datos infrarrojos del Telescopio Espacial James Webb (que se muestra en rojo, verde y azul).

Distancias y notas húngaras.

El agujero negro extremadamente distante de la galaxia UHZ1 se encuentra en dirección al cúmulo de galaxias Abell 2744. El cúmulo de galaxias se encuentra a unos 3.500 millones de años luz de la Tierra. Sin embargo, los datos de Webb revelan que UHZ1 está mucho más lejos que Abell 2744. A unos 13.200 millones de años luz de distancia, UHZ1 podía verse cuando el universo tenía sólo el 3% de su edad actual.

Lentes gravitacionales y detección de rayos X.

Utilizando más de dos semanas de observaciones desde Chandra, los investigadores pudieron detectar la emisión de rayos X de UHZ1, una indicación de la presencia de un agujero negro supermasivo creciendo en el centro de la galaxia. La señal de rayos X es tan débil que Chandra sólo pudo detectarla, incluso con una observación tan prolongada, debido a un fenómeno conocido como lente gravitacional que aumentó la señal en un factor de cuatro.

Técnicas de imagen y orientación.

Las partes violetas de la imagen muestran rayos X de grandes cantidades de gas caliente en Abell 2744. La imagen infrarroja muestra cientos de galaxias en el cúmulo, junto con algunas estrellas en primer plano. Las inserciones se amplían a una pequeña región centrada alrededor de UHZ1. El pequeño objeto en la imagen web es la galaxia distante UHZ1 y el centro de la imagen de Chandra muestra rayos X provenientes de material cercano al agujero negro supermasivo en el medio de UHZ1. El gran tamaño de la fuente de rayos X en comparación con la vista infrarroja de la galaxia se debe a que representa el volumen más pequeño que Chandra puede resolver. En realidad, los rayos X provienen de una región mucho más pequeña de la galaxia.

Se aplicó un suavizado diferente a la imagen de Chandra de campo completo y a la imagen de Chandra de primer plano. Se realizó un suavizado en muchos píxeles de la imagen grande, para resaltar la emisión de cúmulos débiles, a expensas de no mostrar fuentes puntuales de rayos X débiles como UHZ1. Se aplicó mucho menos suavizado a la imagen de primer plano, por lo que aparecen fuentes de rayos X débiles. La imagen está orientada de modo que el norte apunte 42,5 grados a la derecha de la vertical.

Ilustración: Un pesado agujero negro se formó a partir del colapso directo de una enorme nube de gas. Fuente de la imagen: NASA/STScI/Leah Hostak

La importancia del descubrimiento

El descubrimiento es importante para comprender cómo algunos agujeros negros supermasivos (aquellos que contienen hasta miles de millones de masas solares y se encuentran en los centros de las galaxias) pueden alcanzar masas masivas tan pronto después del Big Bang. ¿Se forman directamente a partir del colapso de enormes nubes de gas, creando agujeros negros que pesan entre diez mil y cien mil soles? ¿O proviene de las explosiones de las primeras estrellas que crean agujeros negros con masas de sólo entre diez y cien soles?

Resultados de la investigación e implicaciones teóricas.

El equipo de astrónomos encontró pruebas sólidas de que el agujero negro recién descubierto en UHZ1 nació masivo. Estiman que su masa está entre 10 y 100 millones de soles, según el brillo y la energía de los rayos X. Este rango de masa es similar al de todas las estrellas de la galaxia en la que viven, lo que contrasta marcadamente con los agujeros negros en los centros de las galaxias del universo cercano, que normalmente contienen sólo alrededor de una décima parte de su propia masa. . Estrellas de la galaxia anfitriona.

La gran masa del agujero negro a una edad temprana, así como la cantidad de rayos X que emite y el brillo de la galaxia que Webb descubrió, son todos consistentes con las predicciones teóricas de 2017 de un “agujero negro supermasivo” que se formó directamente a partir de la galaxia. Colapso de una enorme nube de gas.

Investigación y colaboración continua

Los investigadores planean utilizar estos y otros resultados provenientes de Webb y aquellos que recopilan datos de otros telescopios para completar una imagen más amplia del universo temprano.

El artículo que describe los resultados aparece en astronomía de la naturaleza. Los autores incluyen a Akos Bogdan (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian), Andy Golding (Universidad de Princeton), Priyamvada Natarajan (Universidad de Yale), Ursolya Kovacs (Universidad Masaryk, República Checa), Grant Tremblay (CFA), Urmila Chadayamuri (CfA), Marta Volontaire (Institut de Astrophysique de Paris, Francia), Ralph Kraft (CfA), William Fuhrmann (CfA), Christine Jones (CfA), Eugene Chorazov (Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemania) y Irina Zhuravleva (Universidad de Chicago).

Los datos de Webb utilizados en ambas investigaciones son parte de una encuesta llamada Ultradeep Nirspec and nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER). El artículo, dirigido por Andy Golding, miembro del equipo UNCOVER, aparece en Cartas de revistas astrofísicas. Los coautores incluyen a otros miembros del equipo UNCOVER, así como a Bogdan y Natarajan. Actualmente se está revisando un artículo de interpretación detallada que compara las propiedades observadas de UHZ1 con modelos teóricos de galaxias con agujeros negros masivos y hay una preimpresión disponible. aquí.

Referencias:

“Evidencia del origen de semillas pesadas de los primeros agujeros negros supermasivos del cuásar de rayos X az ≈ 10” por Akos Bogdan, Andy D. Golding, Priyamvada Natarajan, Ursulia E. Kovacs, Grant R. Tremblay, Urmila Chadayamuri, Marta Volontiri , Ralph P. Kraft, William R. . Forman, Christine Jones, Eugene Chorazov e Irina Zhuravleva, 6 de noviembre de 2023, astronomía de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41550-023-02111-9

“Descubrimiento: Crecimiento de los primeros agujeros negros masivos de JWST/NIRSpec – Confirmación espectroscópica del corrimiento al rojo del AGN iluminado con rayos X en z = 10,1” por Andy D. Golding y Jenny E. Verde y David J. Seaton, Ivo Lappé, Rachel Bezançon, Tim B. Miller, Hakim Atiq, Akos Bogdan, Gabriel Brammer, Iryna Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Yoshinobu Fudamoto, Seiji Fujimoto, Lukas J. Furtak, Vasiliy Kokorev, Gaurav Khullar, Joel Leja, Danilo Marchesini, Priyamvada Natarajan, Erika Nelson, Pascal A. Oish, Richard Pan, Casey Papovich, Sedona H. Price, Peter van Dokkum, Benjie Wang, 冰洁王, John R. Tejedor, catherine e. Whitaker y Adi Zittrain, 22 de septiembre de 2023, Cartas de revistas astrofísicas.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c5

El Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA gestiona el programa Chandra. El Centro de rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.