El Observatorio de rayos X Chandra de la NASA ha obtenido evidencia definitiva de que un quásar distante se formó menos de mil millones de años después del Big Bang contiene un agujero negro supermasivo completamente desarrollado que genera energía a razón de veinte billones de soles. La existencia de tales agujeros negros masivos en esta época temprana del Universo desafía las teorías de la formación de galaxias y agujeros negros supermasivos.
Los astrónomos Daniel Schwartz y Shanil Virani del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en Cambridge, MA, observaron el cuásar, conocido como SDSSp J1306, que está a 12,7 mil millones de años luz de distancia. Dado que se estima que el Universo tiene 13.7 mil millones de años, vemos el cuásar como mil millones de años después del Big Bang. Descubrieron que la distribución de rayos X con energía, o espectro de rayos X, es indistinguible de la de los quásares más antiguos y cercanos. Del mismo modo, el brillo relativo a las longitudes de onda ópticas y de rayos X de SDSSp J1306 fue similar al del grupo cercano de quásares. Las observaciones ópticas sugieren que la masa del agujero negro es de aproximadamente mil millones de masas solares.
Un equipo de científicos del Instituto de Tecnología de California y el Reino Unido publicó previamente evidencia de otro agujero negro supermasivo de la primera época utilizando el satélite de rayos X XMM-Newton. Observaron el cuásar SDSSp J1030 a una distancia de 12.8 mil millones de años luz y encontraron esencialmente el mismo resultado para el espectro de rayos X que los científicos del Smithsonian encontraron para SDSSp J1306. La ubicación y el espectro precisos de Chandra para SDSSp J1306 con casi las mismas propiedades eliminan cualquier duda persistente de que existan agujeros negros supermasivos precoces.
"Estos dos resultados parecen indicar que la forma en que los agujeros negros supermasivos producen rayos X ha permanecido esencialmente igual desde una fecha muy temprana en el Universo", dijo Schwartz. "Esto implica que el motor central del agujero negro en una galaxia masiva se formó muy pronto después del Big Bang".
Existe un acuerdo general entre los astrónomos de que la radiación X de las proximidades de los agujeros negros supermasivos se produce a medida que el gas se arrastra hacia un agujero negro y se calienta a temperaturas que van desde millones hasta miles de millones de grados. La mayor parte del gas que cae se concentra en un disco que gira rápidamente, cuya parte interna tiene una atmósfera caliente o corona donde las temperaturas pueden subir a miles de millones de grados.
Aunque no se conoce la geometría precisa y los detalles de la producción de rayos X, las observaciones de numerosos cuásares o agujeros negros supermasivos han demostrado que muchos de ellos tienen espectros de rayos X muy similares, especialmente a altas energías de rayos X. Esto sugiere que la geometría y el mecanismo básicos son los mismos para estos objetos.
La notable similitud de los espectros de rayos X de los jóvenes agujeros negros supermasivos con los de los mucho mayores significa que los agujeros negros supermasivos y sus discos de acreción ya estaban en su lugar menos de mil millones de años después del Big Bang. Una posibilidad es que millones de 100 agujeros negros de masa solar se formaron a partir del colapso de estrellas masivas en la joven galaxia, y posteriormente construyeron un agujero negro de masa solar de mil millones en el centro de la galaxia a través de fusiones y acumulación de gas.
Para responder a la pregunta de cómo y cuándo se formaron los agujeros negros supermasivos, los astrónomos planean utilizar las exposiciones muy profundas de Chandra y otras encuestas para identificar y estudiar los cuásares incluso a edades más tempranas.
El artículo de Schwartz y Virani sobre SDSSp J1306 se publicó en la edición del 1 de noviembre de 2004 de The Astrophysical Journal. El artículo de Duncan Farrah y sus colegas sobre SDSS J1030 se publicó en la edición del 10 de agosto de 2004 de The Astrophysical Journal.
Chandra observó el J1306 con su instrumento Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) durante aproximadamente 33 horas en noviembre de 2003. El Centro Marshall de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Oficina de Ciencia Espacial de la NASA, Washington. Northrop Grumman de Redondo Beach, California, anteriormente TRW, Inc., fue el principal contratista de desarrollo del observatorio. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde el Centro de Rayos X Chandra en Cambridge, Massachusetts.
Información e imágenes adicionales están disponibles en:
http://chandra.harvard.edu y http://chandra.nasa.gov
Fuente original: Comunicado de prensa de Chandra
