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Este artículo fue publicado originalmente en La conversación. La publicación contribuyó con el artículo a Space.com. Voces de expertos: artículos de opinión y opiniones. Ventilador Zou es un estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Pensilvania mientras W. Neil Brandt Es profesor de astronomía y astrofísica en Penn State.
Los agujeros negros son objetos astronómicos extraordinarios cuya formalidad es tan válido que ausencia, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Los más gigantescos, conocidos como agujeros negros “supermasivos”, pueden pesar millones o miles de millones de veces la masa del Sol.
Estos gigantes suelen comportarse en el centro de las galaxias. Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, incluso contiene un agujero enfadado supermasivo en su interior.
Entonces, ¿cómo se vuelven supermasivos estos agujeros negros supermasivos? Para replicar a esta pregunta, nuestro equipo de astrofísicos miró con destino a a espaldas en el tiempo a lo amplio de los 13.800 millones de primaveras de historia del universo para rastrear cómo han crecido los agujeros negros supermasivos desde sus inicios hasta hoy.
Construimos un maniquí de la historia común del crecimiento de los agujeros negros supermasivos a lo amplio de los últimos 12 mil millones de primaveras.
¿Cómo crecen los agujeros negros supermasivos?
Los agujeros negros supermasivos crecen principalmente de dos maneras: pueden consumir gas de sus galaxias anfitrionas en un proceso llamado acreción, y incluso pueden fusionarse entre sí cuando dos galaxias colisionan.
Cuando los agujeros negros supermasivos consumen gas, casi siempre emiten fuertes rayos X, un tipo de luz de inscripción energía invisible a simple presencia. Probablemente hayas pabellón cuchichear de los rayos X que se utilizan en el dentista para examinar los dientes. Los rayos X que utilizan los astrónomos suelen tener energías más bajas que los rayos X médicos.
Entonces, ¿cómo puede escapar la luz, incluso los rayos X invisibles, de los agujeros negros? En sentido precioso, la luz no proviene de los agujeros negros en sí, sino del gas que se encuentra cabal fuera de ellos. Cuando el gas es atraído con destino a un agujero enfadado, se calienta y brilla para producir luz, como rayos X. Cuanto más gas consume un agujero enfadado supermasivo, más rayos X producirá.
Gracias a los datos acumulados durante más de 20 primaveras de tres de las instalaciones de rayos X más potentes en la vida lanzadas al espacio –Chandra, XMM-Newton y eROSITA– los astrónomos pueden capturar rayos X de un gran número de agujeros negros supermasivos en acreción en el universo.
Estos datos permiten a nuestro equipo de investigación estimar la velocidad a la que crecen los agujeros negros supermasivos al consumir gas. En promedio, un agujero enfadado supermasivo puede consumir suficiente gas como para alcanzar aproximadamente la masa del Sol cada año, y el valencia exacto depende de varios factores.
Por ejemplo, los datos muestran que la tasa de crecimiento de un agujero enfadado, promediada durante millones de primaveras, está fuertemente relacionada con la masa de todas las estrellas en su galaxia anfitriona.
¿Con qué frecuencia se fusionan los agujeros negros supermasivos?
Encima de alimentarse de gas, los agujeros negros supermasivos incluso pueden crecer fusionándose entre sí para formar un único agujero enfadado más masivo cuando las galaxias chocan.
Las simulaciones cosmológicas realizadas con supercomputadoras pueden predecir la frecuencia con la que se producen estos eventos. Estas simulaciones tienen como objetivo modelar cómo crece y evoluciona el universo a lo amplio del tiempo. Las innumerables galaxias que vuelan por el espacio son como ladrillos que construyen el universo.
Estas simulaciones muestran que las galaxias y los agujeros negros supermasivos que albergan pueden sufrir múltiples fusiones a lo amplio de la historia cósmica.
Nuestro equipo ha rastreado estos dos canales de crecimiento (consumo de gas y fusiones) utilizando rayos X y simulaciones de supercomputadoras, y luego los ha combinado para construir este historial de crecimiento común, que mapea el crecimiento de los agujeros negros en todo el universo a lo amplio de miles de millones de primaveras.
Nuestra historia de crecimiento reveló que los agujeros negros supermasivos crecieron mucho más rápido hace miles de millones de primaveras, cuando el universo era más nuevo.
En los primeros tiempos, el universo contenía más gas para que lo consumieran los agujeros negros supermasivos, y estos siguieron apareciendo. A medida que el universo envejecía, el gas se fue agotando gradualmente y el crecimiento de los agujeros negros supermasivos se desaceleró. Hace unos 8.000 millones de primaveras, el número de agujeros negros supermasivos se estabilizó. Desde entonces, no ha aumentado sustancialmente.
Cuando no hay suficiente gas apto para que los agujeros negros supermasivos crezcan por acreción, la única forma de que se hagan más grandes es mediante fusiones. No hemos manido muchos casos de eso en nuestra historia de crecimiento. En promedio, los agujeros negros más masivos pueden acumular masa a partir de fusiones a un ritmo de hasta la masa del Sol cada varias décadas.
Pensando en el futuro
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Esta investigación nos ha ayudado a comprender cómo más del 90% de la masa de los agujeros negros se ha acumulado durante los últimos 12 mil millones de primaveras.
Sin retención, todavía tenemos que investigar cómo crecieron en el universo primitivo para explicar los pocos porcentajes restantes de masa de los agujeros negros. La comunidad astronómica está empezando a hacer avances en la exploración de estos primeros agujeros negros supermasivos y esperamos encontrar más respuestas pronto.
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