Cuando el universo era joven, un agujero negro supermasivo, hinchado hasta el punto de ruptura con un poder estupendo, arrojó un chorro de energía infundida con partículas que corrió a través de la inmensidad del espacio a casi la velocidad de la luz.
Miles de millones de años después, un trío de científicos de la Universidad de Clemson, dirigido por el astrofísico de la Facultad de Ciencias Marco Ajello, ha identificado este agujero negro y otros cuatro similares que tienen una edad de entre 1.400 y 1.900 millones de años. Estos objetos emitencopiosos rayos gamma, luz de la más alta energía, que son miles de millones de veces más enérgicos que la luz que es visible para el ojo humano.
Los primeros blazares de rayos gamma conocidos anteriormente, un tipo de galaxia cuya emisión intensa es impulsada por chorros relativistas extremadamente poderosos lanzados por monstruosos agujeros negros, tenían más de 2 mil millones de años. Actualmente, se estima que el universo tiene aproximadamente14 mil millones de años.
"El descubrimiento de estos agujeros negros supermasivos, que lanzan chorros que emiten más energía en un segundo de lo que producirá nuestro sol en toda su vida, fue la culminación de un proyecto de investigación de un año", dijo Ajello, quien ha pasado gran parte de sucarrera estudiando la evolución de galaxias distantes. "Nuestro siguiente paso es aumentar nuestra comprensión de los mecanismos involucrados en la formación, desarrollo y actividades de estos increíbles objetos, que son los aceleradores más poderosos del universo. Ni siquiera podemos acercarnospara replicar tales salidas masivas de energía en nuestros laboratorios. Las complejidades que estamos tratando de desentrañar parecen casi tan misteriosas como los agujeros negros mismos ".
Ajello llevó a cabo su investigación junto con Vaidehi Paliya, post doctorado de Clemson y la candidata a doctorado Lea Marcotulli. El trío trabajó en estrecha colaboración con la colaboración del Telescopio de Área Fermi-Large, que es un equipo internacional de científicos que incluye a Roopesh Ojha, un astrónomoen el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland; y Dario Gasparrini de la Agencia Espacial Italiana.
Los avances del equipo de Clemson fueron posibles gracias al software recientemente mejorado en el telescopio de rayos gamma Fermi de la NASA. El software restaurado aumentó significativamente la sensibilidad del telescopio en órbita a un nivel que hizo posible estos últimos descubrimientos.
"La gente lo llama la restauración más barata de la historia", dijo Ajello. "Normalmente, para el telescopio espacial Hubble, la NASA tuvo que enviar a alguien al espacio para realizar físicamente este tipo de mejoras. Pero en este caso, pudieronhacerlo de forma remota desde una ubicación con destino a la Tierra. Y de igual importancia, las mejoras fueron retroactivas, lo que significaba que los seis años anteriores de datos también se reprocesaron por completo. Esto nos ayudó a proporcionarnos la información que necesitábamos para completar el primer paso denuestra investigación y también avanzar en el proceso de aprendizaje "
Usando datos de Fermi, Ajello y Paliya comenzaron con un catálogo de 1.4 millones de quásares, que son galaxias que albergan en sus centros agujeros negros supermasivos activos. En el transcurso de un año, redujeron su búsqueda a 1.100 objetos. De estos, cincofinalmente se determinó que eran nuevos blazares de rayos gamma que fueron los más alejados, y los más jóvenes, jamás identificados.
"Después de usar nuestros filtros y otros dispositivos, nos quedamos con aproximadamente 1,100 fuentes. Y luego hicimos los diagnósticos para todas estas y pudimos reducirlas a 25 a 30 fuentes", dijo Paliya. "Pero todavíatuvimos que confirmar que lo que habíamos detectado era científicamente auténtico. Así que realizamos una serie de otras simulaciones y pudimos derivar propiedades como la masa del agujero negro y la potencia del chorro. Finalmente, confirmamos que estas cinco fuentes estaban garantizadas como rayos gammablazars, y el más lejano tiene unos 1.400 millones de años desde el principio de los tiempos "
Marcotulli, quien se unió al grupo de Ajello como estudiante de doctorado en 2016, ha estado estudiando los mecanismos de los blazars mediante el uso de imágenes y datos entregados desde otro telescopio en órbita de la NASA, la matriz de telescopio espectroscópico nuclear NuSTAR. Al principio, el papel de Marcotulliera entender el mecanismo de emisión de los blazares de rayos gamma más cerca de nosotros. Ahora está dirigiendo su atención hacia los objetos más distantes en una búsqueda para comprender qué los hace tan poderosos.
"Estamos tratando de comprender el espectro completo de la distribución de energía de estos objetos mediante el uso de modelos físicos", dijo Marcotulli. "Actualmente podemos modelar lo que está sucediendo con mucha más precisión de lo que se había ideado anteriormente, y eventualmente estaremoscapaces de comprender mejor qué procesos están ocurriendo en los chorros y qué partículas están irradiando toda la energía que vemos. ¿Son electrones o protones? ¿Cómo interactúan con los fotones circundantes? Todos estos parámetros no se entienden completamente en este momento. Pero cadadía estamos profundizando nuestra comprensión "
Todas las galaxias tienen agujeros negros en sus centros; algunas se alimentan activamente de la materia que las rodea, otras están relativamente inactivas. Nuestra propia galaxia tiene en su centro un agujero negro de gran tamaño que actualmente está inactivo. Ajello dijo que solo una decada 10 agujeros negros en el universo de hoy están activos, pero cuando el universo era mucho más joven, estaba más cerca de una proporción de 50-50.
Los agujeros negros supermasivos en el centro de las cinco galaxias blazar recién descubiertas se encuentran entre los tipos más grandes de agujeros negros jamás observados, del orden de cientos de miles a miles de millones de veces la masa de nuestro propio sol. Y sus discos de acreción acompañantes- remolinos giratorios de materia que orbitan los agujeros negros - emiten más de dos billones de veces la producción de energía de nuestro sol.
Uno de los elementos más sorprendentes de la investigación de Ajello es cuán rápido, por medidas cósmicas, estos agujeros negros de gran tamaño deben haber crecido en solo 1.400 millones de años. En términos de nuestro conocimiento actual de cómo crecen los agujeros negros, 1.400 millones de años sonapenas tiempo suficiente para que un agujero negro alcance la masa de los descubiertos por el equipo de Ajello.
"¿Cómo se formaron tan rápidamente estos agujeros negros incomprensiblemente enormes y cargados de energía?", Dijo Ajello. "¿Es porque un agujero negro comió mucho todo el tiempo durante mucho tiempo? O tal vez porque chocó con otros agujeros negrosy se fusionaron en uno. Para ser honesto, no tenemos observaciones que respalden ninguno de los argumentos. Hay mecanismos en el trabajo que todavía tenemos que resolver. Rompecabezas que aún tenemos que resolver. Cuando finalmente los resolvamos, aprenderemos cosas sorprendentes sobrecómo nació el universo, cómo se convirtió en lo que se ha convertido y lo que el futuro lejano podría tener a medida que el universo continúe progresando hacia la vejez ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Clemson . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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