Los agujeros negros son objetos astronómicos notables con La gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Los más gigantescos, conocidos como agujeros negros “supermasivos”, pueden pesar millones o miles de millones de veces la masa del Sol.
Estos gigantes Generalmente viven en los centros de las galaxias.Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, contiene un agujero negro supermasivo También en su corazón.
Entonces, ¿cómo se vuelven supermasivos estos agujeros negros supermasivos? Para responder a esta pregunta, nuestro equipode astrofísicos Miró hacia atrás en el tiempo a través de los 13.800 millones de años de historia del universo para rastrear cómo los agujeros negros supermasivos han crecido desde los primeros días hasta hoy.
Construimos un modelo de la historial general de crecimiento de agujeros negros supermasivos que abarcan los últimos 12 mil millones de años.
¿Cómo crecen los agujeros negros supermasivos?
Los agujeros negros supermasivos crecen principalmente de dos maneras: pueden consumir gas de sus galaxias anfitrionas en un proceso llamado acrecióny también pueden fusionarse entre sí Cuando dos galaxias chocan.
Ilustración artística de un agujero negro supermasivo en proceso de acreción. El agujero negro central es negro, mientras que el gas que lo rodea se calienta y brilla para producir luz. (Crédito: Nahks Tr’Ehnl (Penn State))
Cuando los agujeros negros supermasivos consumen gas, Casi siempre emiten fuertes rayos Xun tipo de luz de alta energía invisible a simple vista. Probablemente hayas oído hablar de los rayos X que se utilizan en el dentista para examinar los dientes. Los rayos X utilizados por los astrónomos Generalmente tienen energías más bajas que los rayos X médicos.
Entonces, ¿cómo puede escapar la luz, incluso los rayos X invisibles, de los agujeros negros? En sentido estricto, la luz no proviene de los agujeros negros en sí, sino del gas que se encuentra justo fuera de ellos. Cuando el gas es atraído hacia un agujero negro, se calienta y brilla para producir luz, como rayos X. Cuanto más gas consume un agujero negro supermasivo, más rayos X producirá.
Gracias a los datos acumulados durante más de 20 años de tres de las instalaciones de rayos X más potentes jamás lanzadas al espacio, Chandra, XMM-Newtony eROSITA– Los astrónomos pueden capturar rayos X de un gran número de agujeros negros supermasivos en crecimiento en el universo.
Estos datos permiten a nuestro equipo de investigación estimar la velocidad a la que crecen los agujeros negros supermasivos al consumir gas. En promedio, un agujero negro supermasivo puede consumir suficiente gas para alcanzar aproximadamente la masa del sol cada año, y el valor exacto depende de varios factores.
Por ejemplo, Los datos muestran que la tasa de crecimiento de un agujero negro, promediada durante millones de años, está fuertemente relacionada con la masa de todas las estrellas en su galaxia anfitriona.
¿Con qué frecuencia se fusionan los agujeros negros supermasivos?
Además de alimentarse de gas, los agujeros negros supermasivos también pueden crecer fusionándose entre sí para formar un único agujero negro más masivo cuando las galaxias chocan.
Simulaciones cosmológicas con supercomputadoras Se puede predecir con qué frecuencia ocurren estos eventos. Estas simulaciones tienen como objetivo modelar cómo crece y evoluciona el universo a lo largo del tiempo. Las innumerables galaxias que vuelan por el espacio son como ladrillos que construyen el universo.
Estos Las simulaciones muestran que Las galaxias y los agujeros negros supermasivos que albergan pueden sufrir múltiples fusiones a lo largo de la historia cósmica.
Nuestro equipo ha rastreado estos dos canales de crecimiento (consumo de gas y fusiones) utilizando rayos X y simulaciones de supercomputadoras, y luego los ha combinado para construir este historial de crecimiento general, que mapea el crecimiento de los agujeros negros en todo el universo a lo largo de miles de millones de años.
Nuestra historia de crecimiento revelada que los agujeros negros supermasivos crecieron mucho más rápido hace miles de millones de años, cuando el universo era más joven.
En los primeros tiempos, el universo contenía más gas para que lo consumieran los agujeros negros supermasivos, y estos siguieron apareciendo. A medida que el universo envejecía, el gas se fue agotando gradualmente y el crecimiento de los agujeros negros supermasivos se desaceleró. Hace unos 8.000 millones de años, el número de agujeros negros supermasivos se estabilizó. Desde entonces, no ha aumentado sustancialmente.
Ilustración de la fusión de dos agujeros negros supermasivos. Scott Noble (Crédito: NASA GSFC)
Cuando no hay suficiente gas disponible para que los agujeros negros supermasivos crezcan por acreción, la única forma de que se hagan más grandes es mediante fusiones. No hemos visto muchos casos de eso en nuestra historia de crecimiento. En promedio, los agujeros negros más masivos pueden acumular masa a partir de fusiones a un ritmo de hasta la masa del Sol cada varias décadas.
Pensando en el futuro
Esta investigación nos ha ayudado a comprender cómo más del 90% de la masa de los agujeros negros se ha acumulado durante los últimos 12 mil millones de años.
Sin embargo, todavía tenemos que investigar cómo crecieron en el Universo muy temprano para explicar los pocos porcentajes restantes de masa de los agujeros negros. La comunidad astronómica está empezando a hacer avances en la exploración de estos primeros agujeros negros supermasivos y esperamos encontrar más respuestas pronto.
Fan Zou es estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica en Penn State. W. Niel Brandt es profesor de astronomía y astrofísica en Penn State. Este artículo se vuelve a publicar desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.