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| El gas brilla con fuerza en esta simulación por ordenador de agujeros negros supermasivos a los que sólo les faltan 40 órbitas para fusionarse. Modelos como éste podrían ayudar a los científicos a localizar ejemplos reales de estos poderosos sistemas binarios. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA |
Aprovechando una lente natural en el espacio, los astrónomos han captado una
mirada sin precedentes a los rayos X de un sistema de agujeros negros en el
universo primitivo.
Esta lupa se utilizó para afinar las imágenes
de rayos X por primera vez mediante el Observatorio de Rayos X
Chandra de la
NASA. De este modo, se captaron detalles de los agujeros negros que normalmente
estarían demasiado lejos para ser estudiados con los telescopios de rayos X
existentes.
Los astrónomos aplicaron un fenómeno conocido como "lente gravitacional"
que se produce cuando la trayectoria que sigue la luz de objetos lejanos
se ve desviada por una gran concentración de masa, como una galaxia, que
se encuentra a lo largo de la línea de visión. Esta lente puede magnificar y amplificar la luz en gran medida y crear
imágenes duplicadas del mismo objeto. La configuración de estas imágenes
duplicadas puede utilizarse para descifrar la complejidad del objeto y afinar
las imágenes.
El sistema con lente gravitacional del nuevo estudio
se llama MG B2016+112. Los rayos X detectados por Chandra fueron emitidos por este sistema cuando
el universo tenía sólo 2.000 millones de años, en comparación con su edad
actual de casi 14.000 millones de años.
"Nuestros esfuerzos por ver
y comprender objetos tan distantes en rayos X estarían condenados si no
tuviéramos una lupa natural como ésta", dijo Dan Schwartz, del Centro de
Astrofísica, Harvard y Smithsonian (CfA), que 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. Gracias a las observaciones de radio de
MG B2016+112, su equipo encontró pruebas de la existencia de un par de
agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento separados por sólo unos 650
años luz. Descubrieron que ambos candidatos a agujero negro posiblemente
tengan chorros.
Utilizando un modelo de lente gravitacional basado
en los datos de radio, Schwartz y sus colegas llegaron a la conclusión de que
las tres fuentes de rayos X que detectaron en el sistema MG B2016+112 debían
ser el 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 coherente con el trabajo de
radio.
Las mediciones anteriores de Chandra de pares o tríos de
agujeros negros supermasivos en crecimiento han implicado generalmente objetos
mucho más cercanos a la Tierra, o con separaciones mucho mayores entre los
objetos. Anteriormente se había observado un chorro de rayos X a una distancia
aún mayor de la Tierra, con luz emitida cuando el universo tenía sólo 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 agujeros negros dobles. La lente gravitacional amplifica
la luz de estos objetos lejanos que, de otro modo, serían demasiado débiles
para ser detectados. La luz de rayos X detectada de uno de los objetos de 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 superiores a 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".
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| Crédito: Ilustración: NASA/CXC/M. Weiss; rayos X (recuadro): NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al. Imagen de prensa, pie de foto y vídeos |
Los aumentos de la lente gravitacional pueden permitir a los investigadores
estimar cuántos sistemas que contienen dos agujeros negros supermasivos tienen
separaciones lo suficientemente pequeñas como para producir ondas
gravitacionales observables 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 con un enfoque novedoso. Sin este
efecto, Chandra habría tenido que observar unos cientos de veces más y, aun
así, no revelaría las complejas estructuras", afirma la coautora Anna
Barnacka, del CfA y de la Universidad Jagellónica, que ha desarrollado las
técnicas para convertir las lentes gravitacionales en telescopios de alta
resolución para agudizar las imágenes.
"Gracias a las lentes gravitacionales, las observaciones de Chandra,
mucho más largas, podrán distinguir entre el par de agujeros negros y las
explicaciones de agujero negro más chorro. También esperamos poder aplicar
esta técnica en el futuro, sobre todo porque los estudios realizados por las
nuevas instalaciones ópticas y de radio que pronto entrarán en funcionamiento
proporcionarán decenas de miles de objetivos", concluyó Schwartz.
La
incertidumbre en la posición en rayos X de uno de los objetos de MG B2016+112
es de 130 años luz en una dimensión y de 2.000 años luz en la otra dimensión
perpendicular. Esto significa que el tamaño de la zona en la que probablemente
se encuentre la fuente es más de 100 veces menor que la zona correspondiente a
una fuente típica de Chandra que no esté dotada de lentes. Esta precisión en
la determinación de la posición no tiene parangón en la astronomía de rayos X
para una fuente a esta distancia.
Fuentes, créditos y referencias:
Daniel Schwartz et al, Resolving Complex Inner X-Ray Structure of the Gravitationally Lensed AGN MG B2016+112, The Astrophysical Journal (2021). DOI: 10.3847/1538-4357/ac0909
Preprint: arxiv.org/abs/2103.08537