Los astrónomos han utilizado lentes gravitacionales para obtener una visión sin precedentes de un sistema de agujeros negros en el Universo primitivo. La ilustración de un artista muestra cómo la luz de rayos X de uno de los objetos de la izquierda (púrpura) ha sido distorsionada por la gravedad de una galaxia intermedia para producir dos fuentes detectadas en la imagen de Chandra (cuadrado discontinuo a la derecha). La luz del objeto más tenue (azul) ha sido amplificada por la galaxia para que sea hasta 300 veces más brillante de lo que hubiera sido sin la lente. La imagen de rayos X de Chandra también se muestra en la segunda figura. Los dos objetos son dos agujeros negros supermasivos en crecimiento o un agujero negro y un chorro. Crédito: NASA/CXC/M. Weiss; Rayos X (recuadro): NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.
Aprovechando una lente natural en el espacio, los astrónomos han capturado una mirada sin precedentes de los rayos X de un agujero negro sistema en el Universo primitivo.
Esta lupa se usó para agudizar las imágenes de rayos X por primera vez usando NASAObservatorio de rayos X Chandra. Capturó detalles sobre los agujeros negros que normalmente estarían demasiado distantes para estudiarlos con los telescopios de rayos X existentes.
Los astrónomos aplicaron un fenómeno conocido como “lente gravitacional” que ocurre cuando la trayectoria que toma la luz de objetos distantes es desviada por una gran concentración de masa, como una galaxia, que se encuentra a lo largo de la línea de visión. Esta lente puede aumentar y amplificar la luz en grandes cantidades y crear imágenes duplicadas del mismo objeto. La configuración de estas imágenes duplicadas se puede utilizar para descifrar la complejidad del objeto y mejorar la nitidez de las imágenes.
El sistema de lentes gravitacionales en el nuevo estudio se llama MG B2016+112. Los rayos X detectados por Chandra fueron emitidos por este sistema cuando el Universo tenía solo 2 mil millones de años en comparación con su edad actual de casi 14 mil millones de años.
“Nuestros esfuerzos por ver y comprender objetos tan distantes en rayos X estarían condenados al fracaso si no tuviéramos una lupa natural como esta”, dijo Dan Schwartz del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian (CFA), quien dirigió el estudio.
La última investigación se basa en un trabajo anterior dirigido por la coautora Cristiana Spingola, actualmente en el Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) en Bolonia, Italia. Usando observaciones de radio de MG B2016+112, su equipo encontró evidencia de un par de agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento separados por solo unos 650 años luz. Descubrieron que ambos candidatos a agujeros negros posiblemente tengan chorros.
Usando un modelo de lente gravitacional basado en los datos de radio, Schwartz y sus colegas concluyeron que las tres fuentes de rayos X que detectaron del sistema MG B2016+112 deben haber resultado de la lente de dos objetos distintos. Estos dos objetos emisores de rayos X son probablemente un par de agujeros negros supermasivos en crecimiento o un agujero negro supermasivo en crecimiento y su chorro. La separación estimada de estos dos objetos es consistente con el trabajo de radio.
Las mediciones anteriores de Chandra de pares o tríos de agujeros negros supermasivos en crecimiento generalmente han involucrado objetos mucho más cercanos a la Tierra, o con separaciones mucho más grandes entre los objetos. Anteriormente se ha observado un chorro de rayos X a una distancia aún mayor de la Tierra, con luz emitida cuando el Universo tenía solo el 7% de su edad actual. Sin embargo, la emisión del chorro está separada del agujero negro por unos 160,000 años luz.
El presente resultado es importante porque proporciona información crucial sobre la velocidad de crecimiento de los agujeros negros en el Universo primitivo y la detección de un posible sistema de doble agujero negro. La lente gravitatoria amplifica la luz de estos objetos lejanos que, de otro modo, serían demasiado débiles para detectar. La luz de rayos X detectada de uno de los objetos en MG B2016+112 puede ser hasta 300 veces más brillante de lo que habría sido sin la lente.
“Los astrónomos han descubierto agujeros negros con masas miles de millones de veces mayores que la de nuestro Sol que se formaron solo cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el Universo tenía solo un pequeño porcentaje de su edad actual”, dijo Spingola. “Queremos resolver el misterio de cómo estos agujeros negros supermasivos ganaron masa tan rápidamente”.
Los impulsos de las lentes gravitacionales pueden permitir a los investigadores estimar cuántos sistemas que contienen dos agujeros negros supermasivos tienen separaciones lo suficientemente pequeñas como para producir ondas gravitacionales observable en el futuro con detectores basados en el espacio.
“En muchos sentidos, este resultado es una emocionante prueba de concepto de cómo esta 'lupa' puede ayudarnos a revelar la física de los agujeros negros supermasivos distantes en un enfoque novedoso. Sin este efecto, Chandra habría tenido que observarlo unos cientos de veces más e incluso entonces no habría revelado las estructuras complejas”, dijo la coautora Anna Barnacka del CfA y la Universidad Jagiellonian, quien desarrolló las técnicas para convertir lentes gravitacionales en lentes de alta resolución. telescopios de resolución para agudizar las imágenes.
“Gracias a las lentes gravitacionales, las observaciones Chandra mucho más largas pueden distinguir entre el par de agujeros negros y las explicaciones del agujero negro más el chorro. También esperamos aplicar esta técnica en el futuro, especialmente porque las encuestas realizadas por las principales nuevas instalaciones ópticas y de radio que pronto estarán en línea proporcionarán decenas de miles de objetivos”, concluyó Schwartz.
La incertidumbre en la posición de rayos X de uno de los objetos en MG B2016+112 es de 130 años luz en una dimensión y 2,000 años luz en la otra dimensión perpendicular. Esto significa que el tamaño del área donde probablemente se encuentre la fuente es más de 100 veces menor que el área correspondiente a una fuente Chandra típica que no tiene lente. Tal precisión en la determinación de la posición no tiene paralelo en la astronomía de rayos X para una fuente a esta distancia.
Para más información sobre esta investigación, consulte Los astrónomos utilizan una "lupa de rayos X" para mejorar la vista de los agujeros negros distantes.
Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición de agosto de The Astrophysical Journal, (vol. 917, p26.) y una versión previa a la publicación está disponible en https://arxiv.org/abs/2103.08537.
Referencia: "Resolver la estructura de rayos X interna compleja del AGN MG B2016+112 con lente gravitacional" por Daniel Schwartz, Cristiana Spingola y Anna Barnacka, 11 de agosto de 2021, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac0909
El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra 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.
