12 mil millones de años de historia de los agujeros negros, revelados mediante rayos X y simulaciones
Casi toda la historia de los corazones negros de las galaxias se ha contado por primera vez, mientras los astrónomos combinaron observaciones de rayos X con modelos detallados de supercomputadoras para registrar el crecimiento de las galaxias. Agujeros negros supermasivos Más de 12 mil millones de años de historia cósmica.
Al hacerlo, los científicos demostraron que el agujero negro existe en el corazón de nuestra galaxia. vía Láctea Alcanzó una masa de cuatro millones de masas solares relativamente tarde en su historia.
Los agujeros negros supermasivos tienen una masa millones de veces mayor que… Nuestro Sol Miles de millones de veces más grandes, pero sus orígenes no están claros, y cómo crecieron hasta alcanzar masas tan masivas ha sido un desafío para los astrónomos.
Sin embargo, los astrónomos Fan Zhou y W. Neil Brandt, ambos de la Universidad Estatal de Pensilvania, lideraron un equipo que vinculó los dos mecanismos de crecimiento de los agujeros negros a partir de observaciones y simulaciones. Los resultados finalmente pueden proporcionar algunas respuestas.
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“La gran pregunta es ¿cómo crecen tanto estos enormes agujeros negros?” Zhou dijo mientras Enviar su trabajo En la 244ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Wisconsin… “Para abordar esto, necesitamos rastrear la historia general del crecimiento de estos agujeros negros supermasivos”.
Como se mencionó anteriormente, los agujeros negros crecen mediante dos mecanismos principales. Una es mediante la acumulación de gas frío de la galaxia anfitriona. Este gas forma un disco de acreción alrededor del propio agujero negro, y la materia del disco se mueve gradualmente hacia el núcleo del agujero negro. El disco de acreción puede volverse tan denso que la fricción entre las moléculas de gas lo calienta a millones de grados, irradiando rayos X en el proceso. El otro mecanismo ocurre durante las colisiones de galaxias. Cuando esto sucede, no sólo las galaxias se fusionan, sino que sus agujeros negros supermasivos también eventualmente se fusionan y provocan una explosión. ondas gravitacionales.
Seguimiento de vacíos cósmicos
Para evaluar en qué medida la acumulación de gas contribuye al crecimiento de los agujeros negros supermasivos, el equipo del estudio examinó datos de archivo que datan de más de 20 años. NASA‘s Observatorio de rayos X ChandraAgencia Espacial Europea XMM-Newton lo importante es erosita Máquina de rayos X a bordo del barco conjunto germano-ruso ESPECTRO-RG Astronave. Los investigadores pudieron identificar señales de rayos X procedentes de unos 8.000 agujeros negros supermasivos de rápido crecimiento.
“Cuando los agujeros negros supermasivos acumulan gas a su alrededor, emiten potentes rayos X, por lo que al detectarlos en las bandas de rayos X podemos medir su capacidad de acumulación”, dijo Zhou.
Luego recurrieron a Ilustración TNG Cósmico La simulación por supercomputadora modela las fusiones de galaxias a lo largo de la historia cósmica. A partir de ahí, el equipo combinó datos de rayos X que muestran crecimiento mediante acreción con los resultados de simulaciones de fusiones para comprender cómo y cuándo crecieron los agujeros negros supermasivos durante los últimos 12 mil millones de años, desde 1.8 mil millones de años después de la explosión. la gran explosión hasta hoy.
Esta simulación “captura la estructura general a gran escala [of the universe] “Pero también pueden explorar galaxias individuales”, dijo Zhou.
Historias de agujeros negros supermasivos
Zhou y Brandt descubrieron que los datos de rayos X muestran que la acreción ha sido el motor dominante del crecimiento de los agujeros negros durante todas las épocas de la historia cósmica. Además, cuanto más masiva sea la galaxia, más rápido crecerá el agujero negro supermasivo en su interior. Por otro lado, las fusiones son factores menos importantes Agujero negro Crecimiento según simulaciones, pero aún puede tener algún impacto.
“La acreción domina el crecimiento de los agujeros negros supermasivos en la mayoría de los casos, y las fusiones hacen algunas contribuciones secundarias notables”, dijo Zhou.
Estos resultados también muestran que los agujeros negros supermasivos crecieron más rápidamente en el universo temprano, apareciendo nuevos con mayor frecuencia. Sin embargo, hace unos 7 mil millones de años, el número total de agujeros negros supermasivos se volvió bastante estable y se formaron algunos nuevos agujeros negros supermasivos. Las fusiones tuvieron un impacto mayor en la historia posterior, alcanzando su punto máximo en su importancia para el crecimiento de los agujeros negros hace unos 4 mil millones de años.
“Lo encontramos una vez Universo “Cuando los agujeros negros alcanzan aproximadamente el 40 por ciento de su vida útil, la estructura poblacional general de los agujeros negros supermasivos es muy similar a la estructura poblacional de los agujeros negros supermasivos que vemos en el universo local”, dijo Zhou.
Los astrónomos incluso diseñaron un modelo especial del agujero negro de nuestra galaxia. Sagitario A*Concluyó que la mayor parte de su materia creció relativamente tarde en el universo. tiempo. Este crecimiento se habría producido principalmente a través de acreción, ya que la mayoría de las fusiones de la Vía Láctea con otras galaxias ocurrieron a lo largo de Hace 8 mil millones a 10 mil millones de años. Sin embargo, Agencia Espacial Europea‘s misión gaia el tiene Evidencia encontrada recientemente Una galaxia enana chocó con la Vía Láctea hace sólo 2 o 3 mil millones de años. Se cree que las galaxias enanas contienen agujeros negros de masa intermedia, de decenas a cientos de miles de veces la masa de nuestro Sol, y pueden haberse fusionado con Sagitario A* para aumentar la masa de nuestro agujero negro.
Dado que los resultados sólo nos remontan 1.800 millones de años después del Big Bang, no describen cómo se formaron por primera vez las semillas de los agujeros negros supermasivos. Esto sigue siendo un dilema para los cosmólogos, especialmente en lo que respecta al universo. telescopio espacial Hubble Y el Telescopio espacial James Webb Encontró Agujeros negros sorprendentemente masivos Muy temprano en la historia del universo. como crecieron Actualmente se desconoce que podría ser millones de veces más masivo que nuestro Sol en menos de mil millones de años.
En marzo se publicó un artículo que describe los hallazgos. Diario astrofísicocon un segundo periódico esperándola.
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