En este gráfico se muestra una imagen del Campo Profundo Sur del Chandra. La imagen del Chandra (azul) es la más profunda jamás obtenida en rayos X. Se ha combinado con una imagen óptica e infrarroja del Telescopio Espacial Hubble (HST), de color rojo, verde y azul. Cada fuente de lChandra es producida por gas caliente que cae hacia un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia anfitriona, como se representa en esta ilustración artística. Image Credit: NASA
Los mayores agujeros negros en el Universo están creciendo más rápido que la cantidad de estrellas que se forman en sus galaxias, de acuerdo con dos nuevos estudios que usan datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios.
Durante muchos años, los astrónomos han recopilado datos sobre la formación de estrellas en galaxias y el crecimiento de agujeros negros supermasivos (es decir, aquellos con millones o miles de millones de masa del Sol) en sus centros. Estos datos sugieren que los agujeros negros y las estrellas en sus galaxias anfitrionas crecen en tándem entre sí.
Ahora, los hallazgos de dos grupos independientes de investigadores indican que los agujeros negros en las galaxias masivas han crecido mucho más rápido que en los menos masivos.
"Estamos tratando de reconstruir una raza que comenzó hace miles de millones de años", dijo Guang Yang de Penn State, quien dirigió uno de los dos estudios. "Estamos utilizando datos extraordinarios tomados de diferentes telescopios para descubrir cómo se desarrolló esta competencia cósmica".
Usando grandes cantidades de datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble y otros observatorios, Yang y sus colegas estudiaron la tasa de crecimiento de los agujeros negros en galaxias a distancias de 4.3 a 12.2 mil millones de años luz de la Tierra.
Los científicos calcularon la relación entre la tasa de crecimiento de un agujero negro supermasivo y la tasa de crecimiento de las estrellas en su galaxia anfitriona. Una idea común es que esta relación es aproximadamente constante para todas las galaxias.
En cambio, Yang y sus colegas encontraron que esta relación es mucho más alta para las galaxias más masivas. Para las galaxias que contienen aproximadamente 100 mil millones de masas solares en estrellas, la relación es aproximadamente diez veces mayor que para las galaxias que contienen alrededor de 10 mil millones de masas solares en estrellas.
"Una pregunta obvia es ¿por qué?", dijo el coautor Niel Brandt, también de Penn State. "Tal vez las galaxias masivas son más efectivas para alimentar con gas frío a sus agujeros negros supermasivos centrales que las menos masivas".
Otro grupo de científicos encontró de forma independiente evidencias de que el crecimiento de los agujeros negros más masivos ha superado al de las estrellas en sus galaxias anfitrionas. Mar Mezcua, del Instituto de Ciencia Espacial en España, y sus colegas estudiaron los agujeros negros en algunas de las galaxias más brillantes y masivas del Universo. Estudiaron 72 galaxias ubicadas en el centro de los cúmulos de galaxias a distancias de hasta unos 3.500 millones de años luz de la Tierra. El estudio utilizó datos de rayos X del Chandra y datos de radio del Australia Telescope Compact Array, Karl G. Jansky Very Large Array y Very Long Baseline Array.
Mezcua y sus colegas calcularon las masas de agujeros negros en estos cúmulos de galaxias mediante el uso de una relación bien conocida que conecta la masa de un agujero negro con los rayos X y la emisión de radio asociada con el agujero negro. Se descubrió que las masas de los agujeros negros eran aproximadamente diez veces más grandes que las masas estimadas por otro método, usando la suposición de que los agujeros negros y las galaxias crecían en tándem.
"Encontramos agujeros negros que son mucho más grandes de lo que esperábamos", dijo Mezcua. "Tal vez tuvieron una ventaja en esta carrera para crecer, o tal vez tuvieron una ventaja en la velocidad de crecimiento que duró miles de millones de años".
Los investigadores encontraron que casi la mitad de los agujeros negros en su muestra tenían masas estimadas en al menos 10 mil millones de veces la masa del Sol. Esto los coloca en una categoría de peso extremo que algunos astrónomos llaman agujeros negros "ultramasivos".
"Sabemos que los agujeros negros son objetos extremos", dijo el coautor J. Hlavacek-Larrondo de la Universidad de Montreal, "por lo que puede no ser una sorpresa que los ejemplos más extremos de ellos rompan las reglas que pensamos que deberían seguir."
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