Un grupo internacional de astrónomos ha descubierto pruebas contundentes que sugieren que el material que rodea los agujeros negros supermasivos no ha permanecido igual a lo largo de la historia del universo. Los hallazgos indican que la estructura y el comportamiento de esta materia pueden haber cambiado a lo largo de miles de millones de años.
Dirigido por investigadores del Observatorio Nacional de Atenas, el estudio fue publicado en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. Si se confirman, los resultados desafiarían una idea fundamental en astronomía que ha guiado la investigación durante casi 50 años.
¿Qué hace que los cuásares sean tan brillantes?
Los cuásares, identificados por primera vez en la década de 1960, se encuentran entre los objetos más luminosos conocidos. Brillan tan intensamente porque están impulsados por agujeros negros supermasivos que atraen la materia circundante. A medida que este material gira en espiral hacia adentro bajo una inmensa gravedad, forma una estructura giratoria en forma de disco antes de caer en el agujero negro.
La fricción dentro de este disco calienta la materia a temperaturas extremas. Como resultado, puede emitir entre 100 y 1.000 veces más luz que toda una galaxia compuesta por unos 100 mil millones de estrellas. Este brillo abrumador permite que los quásares eclipsen a sus galaxias anfitrionas y los hace visibles para telescopios a través de vastas distancias cósmicas.
De la luz ultravioleta a los potentes rayos X
El disco brillante alrededor de un agujero negro produce enormes cantidades de luz ultravioleta. Los científicos creen que esta luz desempeña un papel clave en la generación de rayos X aún más energéticos emitidos por los quásares. A medida que los rayos ultravioleta viajan hacia afuera, atraviesan nubes de partículas altamente energizadas ubicadas muy cerca del agujero negro, una región conocida como «corona».
Cuando la luz ultravioleta interactúa con estas partículas, gana energía y se transforma en una intensa radiación de rayos X. Estos rayos X podrán luego ser detectados por observatorios espaciales.
Se cuestiona una relación cósmica de larga data
Debido a que ambos tipos de luz se originan cerca del mismo agujero negro, los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que las emisiones ultravioleta y de rayos X de los quásares están estrechamente relacionadas. Normalmente, una luz ultravioleta más brillante va de la mano con una emisión de rayos X más potente. Esta relación, identificada hace casi cinco décadas, ha ofrecido pistas críticas sobre las condiciones físicas cercanas a los agujeros negros supermasivos.
El nuevo estudio desafía la suposición de que esta conexión es universal. Esa suposición sugiere que la estructura de la materia alrededor de los agujeros negros es esencialmente la misma en todas partes y en todo momento del universo.
En cambio, los investigadores descubrieron que cuando el universo era más joven (aproximadamente la mitad de su edad actual), la relación entre la luz ultravioleta y la luz de rayos X parecía notablemente diferente de lo que los astrónomos ven hoy en los quásares cercanos. Esto apunta a cambios en la forma en que interactúan el disco de acreción y la corona durante aproximadamente los últimos 6.500 millones de años.
«Confirmar una relación no universal entre los rayos X y el ultravioleta con el tiempo cósmico es bastante sorprendente y desafía nuestra comprensión de cómo crecen e irradian los agujeros negros supermasivos», dijo el Dr. Antonis Georgakakis, uno de los autores del estudio.
«Probamos el resultado utilizando diferentes enfoques, pero parece ser persistente».
Cómo los investigadores hicieron el descubrimiento
Para llegar a sus conclusiones, el equipo combinó nuevas observaciones de rayos X del telescopio de rayos X eROSITA con datos de archivo del observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. En conjunto, estos conjuntos de datos permitieron a los científicos analizar las emisiones de rayos X y ultravioleta de una muestra excepcionalmente grande de quásares.
La cobertura del cielo amplia y consistente proporcionada por eROSITA resultó especialmente importante. Permitió al equipo examinar las poblaciones de quásares a una escala que antes no era posible.
Por qué los hallazgos son importantes para la cosmología
La idea de que la relación ultravioleta y los rayos X en los quásares es universal subyace a algunos métodos que utilizan los quásares como (velas estándar) para mapear la forma del universo y estudiar la materia y la energía oscuras. Los nuevos resultados sugieren que los científicos deben ser cautelosos, ya que la suposición de un entorno de agujero negro inmutable a lo largo del tiempo cósmico puede no ser cierta.
«El avance clave aquí es metodológico», dijo la investigadora postdoctoral Maria Chira del Observatorio Nacional de Atenas, quien dirigió el estudio.
«El estudio de eROSITA es vasto pero relativamente superficial: muchos quásares se detectan con sólo unos pocos fotones de rayos X. Al combinar estos datos en un marco estadístico bayesiano sólido, podríamos descubrir tendencias sutiles que de otro modo permanecerían ocultas».
¿Qué viene después?
Los próximos escaneos de todo el cielo de eROSITA permitirán a los astrónomos observar quásares aún más débiles y distantes. Al combinar estas observaciones futuras con rayos X de próxima generación y estudios de múltiples longitudes de onda, los investigadores esperan determinar si los cambios observados reflejan una evolución física real o están influenciados por la forma en que se recopilaron los datos.
Estos esfuerzos prometen una comprensión más profunda de cómo los agujeros negros supermasivos alimentan los objetos más brillantes del universo y cómo su comportamiento se ha transformado a lo largo del tiempo cósmico.
Un equipo internacional de astrónomos ha realizado un descubrimiento significativo que sugiere que el material que rodea los agujeros negros supermasivos ha cambiado a lo largo de la historia del universo. El estudio, liderado por investigadores del Observatorio Nacional de Atenas, se publicó en los Anales de la Royal Astronomical Society y desafía una idea fundamental en astronomía que ha guiado la investigación durante casi 50 años.
Los cuásares y su brillo
Los cuásares son objetos extremadamente luminosos que se encuentran entre los más brillantes del universo. Su brillo se debe a la presencia de agujeros negros supermasivos que atraen materia circundante, formando un disco giratorio que emite enormes cantidades de luz ultravioleta y rayos X. La fricción dentro del disco calienta la materia a temperaturas extremas, lo que produce una emisión de luz que puede ser 100 a 1.000 veces más intensa que la de una galaxia entera.
La relación entre la luz ultravioleta y los rayos X
La luz ultravioleta producida por el disco brillante alrededor de un agujero negro interactúa con partículas altamente energizadas en la corona, lo que produce rayos X aún más energéticos. La relación entre la luz ultravioleta y los rayos X ha sido ampliamente estudiada y se ha asumido que es universal, es decir, que la estructura de la materia alrededor de los agujeros negros es esencialmente la misma en todas partes y en todo momento del universo.
El nuevo estudio
Sin embargo, el nuevo estudio sugiere que esta relación no es universal. Los investigadores analizaron una muestra excepcionalmente grande de quásares utilizando datos de rayos X del telescopio eROSITA y del observatorio de rayos X XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. Encontraron que la relación entre la luz ultravioleta y los rayos X en quásares distantes es diferente a la de quásares cercanos, lo que sugiere que la estructura y el comportamiento de la materia alrededor de los agujeros negros han cambiado a lo largo de los últimos 6.500 millones de años.
Implicaciones para la cosmología
La idea de que la relación ultravioleta y los rayos X en los quásares es universal subyace a algunos métodos que utilizan los quásares como "velas estándar" para mapear la forma del universo y estudiar la materia y la energía oscuras. Los nuevos resultados sugieren que los científicos deben ser cautelosos, ya que la suposición de un entorno de agujero negro inmutable a lo largo del tiempo cósmico puede no ser cierta.
Métodos y resultados
El estudio combinó nuevas observaciones de rayos X del telescopio eROSITA con datos de archivo del observatorio de rayos X XMM-Newton. La cobertura del cielo amplia y consistente proporcionada por eROSITA permitió a los científicos examinar las poblaciones de quásares a una escala que antes no era posible. Los investigadores utilizaron un marco estadístico bayesiano sólido para combinar los datos y descubrir tendencias sutiles que de otro modo permanecerían ocultas.
Conclusión y perspectivas
El descubrimiento sugiere que la estructura y el comportamiento de la materia alrededor de los agujeros negros supermasivos han cambiado a lo largo de la historia del universo. Los próximos escaneos de todo el cielo de eROSITA permitirán a los astrónomos observar quásares aún más débiles y distantes, lo que podría proporcionar una comprensión más profunda de cómo los agujeros negros supermasivos alimentan los objetos más brillantes del universo y cómo su comportamiento se ha transformado a lo largo del tiempo cósmico.
En resumen, el estudio sugiere que la relación entre la luz ultravioleta y los rayos X en los quásares no es universal, lo que desafía una idea fundamental en astronomía. Los resultados tienen implicaciones importantes para la cosmología y sugieren que los científicos deben ser cautelosos al utilizar los quásares como "velas estándar" para mapear la forma del universo. Los próximos estudios y observaciones permitirán a los astrónomos determinar si los cambios observados reflejan una evolución física real o están influenciados por la forma en que se recopilaron los datos.