El agujero negro más antiguo es hiperactivo, “come” más rápido de lo que debería

Pesa un millón de masas solares.

El agujero negro más antiguo es hiperactivo, “come” más rápido de lo que debería

Ayer 21 de enero de 2024 | 07:10

Pero lo sorprendente es que este agujero negro, que pesa alrededor de un millón de masas solares, “come” más rápido de lo que debería: la materia devoradora supera cinco veces el llamado límite de Eddington, informa el equipo en Nature. . Esto podría explicar cómo los primeros gigantes gravitacionales pudieron volverse tan poderosos en tan poco tiempo.

Es uno de los grandes misterios de la astronomía: las observaciones muestran que hubo agujeros negros sorprendentemente masivos en el universo primitivo. Ya unos 700 millones de años después del Big Bang, había más cuásares 1.500 millones de masas solares . Y aún más Agujeros negros más antiguos Al fin y al cabo, ya pesaban varios millones de masas solares. ¿Pero cómo crecieron tanto en tan poco tiempo? Según la teoría actual, los agujeros negros supermasivos se forman mediante el crecimiento gradual de estrellas progenitoras que se formaron en supernovas.

Pero la tasa de acreción (la tasa a la que un agujero negro devora materia) está limitada por lo que se llama el límite de Eddington. En realidad, el tiempo transcurrido desde el Big Bang fue demasiado corto para que se formaran agujeros negros tan masivos. ¿Cómo pudieron los primeros gigantes crecer tan rápido? Posibles explicaciones alternativas para esto son la fusión de varios agujeros negros para formar “plántulas de agujeros” intermedias o el colapso de nubes de gas masivas. También se analiza la acumulación más allá del límite de Eddington.

Galaxy GN-z11: firma espectral de un agujero negro

Ahora los astrónomos dirigidos por Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge han descubierto otro de los primeros gigantes gravitacionales: el agujero negro más distante y más antiguo hasta ahora. Lo descubrieron en la lejana galaxia GN-z11. Existió unos 400 millones de años después del Big Bang y ya se había observado en las imágenes del Hubble debido a su inusual brillo. Para aclarar la fuente de este brillo, el equipo ha analizado la luz emitida por GN-z11 utilizando el espectrógrafo NIRSpec del telescopio James Webb.

Resultado: El espectro mostró varias líneas espectrales que indicaban la presencia de un agujero negro activo en el centro de GN-z11. Un indicador de este núcleo galáctico activo (AGN) fue la doble línea espectral de neón ionizado (Ne-IV). “NeIV es un trazador obvio de núcleos galácticos activos, porque esta línea requiere fotones con energías superiores a 63,5 MeV”, explican Maiolino y sus colegas. También pudo identificar la línea de carbono típica de AGN.

Inusualmente enorme y muy pesado para su edad.

Por tanto, la galaxia GN-z11 debe contener un agujero negro activo. Existió 400 millones de años después del Big Bang, lo que lo convierte en el agujero negro más antiguo conocido hasta la fecha, informan los astrónomos. Estiman que el tamaño de este gigante gravitacional primitivo era de aproximadamente un millón de masas solares. Esto significa que ya es extraordinariamente enorme. Esto plantea la pregunta de cómo este gigante primitivo pudo volverse tan poderoso en tan poco tiempo.

Una posible indicación de esto es la radiación emitida por el gigante primitivo. Como han determinado los astrónomos, su luminosidad corresponde a una enorme producción de energía de 10 elevado a 45 ergios por segundo. “Tal luminosidad sería un factor cinco veces mayor que el límite de Eddington”, dijeron. Si se confirma, este primer agujero negro tendría que engullir más materia cinco veces más rápido que el límite superior de acreción teóricamente supuesto.

¿El crecimiento supera el límite de Eddington?

“Esta superacreción de Eddington es uno de los escenarios propuestos para agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento en el universo primitivo”, explican Maiolino y sus colegas. En consecuencia, objetos tan tempranos podrían exceder el límite de Eddington, al menos durante un cierto período. Como resultado, el núcleo activo de la estrella GN-z11 habría absorbido suficiente material en sólo unos cientos de millones de años para crecer desde un agujero negro estelar hasta el tamaño observado.

Sin embargo, esto tendrá consecuencias duraderas para la galaxia anfitriona del núcleo galáctico “hiperactivo”: la intensa radiación del agujero negro expulsa de la galaxia una parte importante del medio interestelar y, con ello, el suministro de gas del que se forman nuevas estrellas. Emergerá. otra forma. Como resultado, la formación de estrellas se detiene en gran medida y la galaxia sigue siendo relativamente pequeña. De hecho, en GN-z11, los astrónomos han detectado los primeros signos de una fuerte disminución en el ritmo de formación estelar.

Explicación de la luminosidad inusual.

Pero el descubrimiento del agujero negro hiperactivo podría resolver otro misterio: el brillo inusual de GN-z11 y otras galaxias primitivas. “El escenario AGN proporciona una explicación natural para el brillo excepcional de GN-z11”, escribieron los investigadores. Si los agujeros negros centrales de estas galaxias devoran más materia de la esperada, su producción de radiación también será mayor. Esto, a su vez, podría explicar la alta luminosidad de este tipo de galaxias. (Naturaleza, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07052-5)

Fuente: Nature, Universidad de Cambridge.

Escrito por Nadia Podbrigar