Los astrónomos exploran el universo lejano con el Telescopio espacial James Webbel telescopio más poderoso de la NASA, ha descubierto una clase de galaxias que desafía incluso a las criaturas más hábiles en el mimetismo, como la Pulpo imitadorEsta criatura puede hacerse pasar por otros animales marinos para evitar a los depredadores. ¿Necesitas ser un pez plano? No hay problema. ¿Una serpiente marina? Fácil.
Cuando los astrónomos analizaron las primeras imágenes del Webb de las partes remotas del universo, detectaron un grupo de galaxias nunca antes visto. Estas galaxias, algunos cientos de ellas llamadas Pequeños puntos rojos — son muy rojos y compactos y visibles sólo durante alrededor de mil millones de años de la historia cósmica. Al igual que el pulpo imitador, los Pequeños Puntos Rojos desconciertan a los astrónomos porque parecen objetos astrofísicos diferentes. Son galaxias muy pesadas o de tamaño modesto, cada una con un agujero negro supermasivo en su núcleo.
Sin embargo, una cosa es cierta: el típico punto rojo es pequeño, con un radio de Sólo el 2 por ciento de eso de la Vía Láctea galaxia. Algunos son incluso más pequeños..
Como astrofísico Quien estudia galaxias lejanas y agujeros negros, me interesa comprender la naturaleza de estas pequeñas galaxias. ¿Qué es lo que alimenta su luz y qué son?
El universo está lleno de innumerables galaxias, y el telescopio Webb ha ayudado a los astrónomos a estudiar algunas de ellas.
El concurso de mímica
Los astrónomos analizan la luz que nuestros telescopios reciben de galaxias lejanas para evaluar sus propiedades físicas, como el número de estrellas que contienen. Podemos utilizar las propiedades de su luz para estudiar los Pequeños Puntos Rojos y averiguar si están formados por muchas estrellas o si tienen un agujero negro en su interior.
La luz que llega a nuestros telescopios varía en longitud de onda Desde largas ondas de radio hasta rayos gamma energéticosLos astrónomos descomponen la luz en diferentes frecuencias y las visualizan con un gráfico. llamado espectro.
A veces, el espectro contiene líneas de emisiónque son rangos de frecuencias donde se produce una emisión de luz más intensa. En este caso, podemos utilizar la forma del espectro para predecir si la galaxia alberga un agujero negro supermasivo y estimar su masa.
De manera similar, estudiar Emisión de rayos X desde la galaxia puede revelar la presencia de un agujero negro supermasivo.
Como verdaderos maestros del disfraz, los Pequeños Puntos Rojos aparecen como diferentes objetos astrofísicos, dependiendo de si los astrónomos deciden estudiarlos utilizando rayos X, líneas de emisión u otra cosa.
La información que los astrónomos han recopilado hasta ahora de los espectros y líneas de emisión de los Pequeños Puntos Rojos ha dado lugar a dos modelos divergentes para explicar su naturaleza. Estos objetos son galaxias extremadamente densas que contienen miles de millones de estrellas o albergan un agujero negro supermasivo.
Las dos hipótesis
En la hipótesis de que solo hay estrellas, los Pequeños Puntos Rojos contienen cantidades masivas de estrellas, hasta 100 mil millones de estrellas. Esa es aproximadamente la misma cantidad de estrellas que hay en la Vía Láctea, una galaxia mucho más grande.
Imagínese que está solo en una enorme sala vacía. Este espacio vasto y silencioso representa la región del universo cercana a nuestro sistema solar, donde las estrellas están escasamente dispersas. Ahora, imagine esa misma sala, pero llena de la población de China.
Esta habitación repleta es como se sentiría el núcleo de los Pequeños Puntos Rojos más densos. Estos objetos astrofísicos pueden ser entornos estelares más densos en todo el universo. Los astrónomos ni siquiera están seguros de si tales sistemas estelares pueden existir físicamente.
Luego está la hipótesis del agujero negro. La mayoría de los pequeños puntos rojos mostrar signos claros de la presencia de un agujero negro supermasivo En su centro, los astrónomos pueden determinar si hay un agujero negro en la galaxia observando las grandes líneas de emisión en sus espectros creadas por el gas que gira a gran velocidad alrededor del agujero negro.
Los astrónomos estiman Estos agujeros negros son demasiado masivos en comparación con el tamaño de sus galaxias anfitrionas compactas.
Los agujeros negros suelen tener una masa de alrededor del 0,1 por ciento de la masa estelar de sus galaxias anfitrionas. Pero algunos de estos pequeños puntos rojos albergan un agujero negro casi tan masivo como toda su galaxia. Los astrónomos los llaman agujeros negros supermasivos porque su existencia desafía la proporción convencional que se observa típicamente en las galaxias.
Animación que ilustra el descubrimiento de agujeros negros de gran tamaño en el universo distante realizado por el telescopio espacial James Webb. Crédito: Timothy Rauch.
Sin embargo, hay otro problema. A diferencia de los agujeros negros ordinarios, los que se supone que están presentes en los Pequeños Puntos Rojos No mostrar cualquier signo de emisión de rayos X. Incluso en lo más profundoimágenes de alta energía disponibles, donde los astrónomos deberían poder observar fácilmente estos agujeros negros, no hay rastro de ellos.
Pocas soluciones y muchas esperanzas
¿Son entonces estas curiosidades astrofísicas galaxias masivas con demasiadas estrellas? ¿O albergan agujeros negros supermasivos en su centro que son demasiado masivos y no emiten suficientes rayos X? ¡Qué enigma!
Con más observaciones y modelos teóricos, los astrónomos están empezando a encontrar algunas posibles soluciones. Tal vez los Pequeños Puntos Rojos estén compuestos únicamente de estrellas, pero estas estrellas son tan densos y compactos que imitan el líneas de emisión que se ven típicamente de un agujero negro.
O tal vez supermasivo — incluso sobremasivo — Hay agujeros negros escondidos en el núcleo de estos pequeños puntos rojos. Si es así, hay dos modelos que pueden explicar la falta de emisiones de rayos X.
En primer lugar, grandes cantidades de gas podrían flotar alrededor del agujero negro, lo que… bloquear parte de la radiación de alta energía emitidos desde el centro del agujero negro. En segundo lugar, el agujero negro podría estar atrayendo gas mucho más rápido de lo normal. Este proceso producir un espectro diferente con menos rayos X de los que los astrónomos suelen ver.
Visualización de la temperatura del gas que se acumula en dos agujeros negros supermasivos. Los agujeros negros se encuentran en el centro de las imágenes. Las regiones más calientes son más rojas y alcanzan los 180 millones de grados Fahrenheit. El agujero negro de la izquierda está rodeado de gas más frío, que genera muchos menos rayos X.
Fabio Pacucci y Ramesh Narayan, 2024
El hecho de que los agujeros negros sean demasiado grandes o demasiado masivos podría no ser un problema para nuestra comprensión del universo, sino más bien el mejor indicio de cómo funciona el universo. primeros agujeros negros en el universo nacieron. De hecho, si los primeros agujeros negros que se formaron fueron muy masivos, aproximadamente 100.000 veces la masa del Sol — Los modelos teóricos sugieren que la relación entre la masa del agujero negro y la masa de la galaxia anfitriona Podría permanecer alto durante mucho tiempo después de la formación.
¿Cómo pueden entonces los astrónomos descubrir la verdadera naturaleza de estas pequeñas partículas de luz que brillan al principio de los tiempos? Como en el caso de nuestro maestro del disfraz, el pulpo, el secreto reside en observar su comportamiento.
Utilizando el telescopio Webb y otros más potentes Telescopios de rayos X Realizar observaciones adicionales eventualmente descubrirá una característica que los astrónomos pueden atribuir solo a uno de los dos escenarios.
Por ejemplo, si los astrónomos detectaran claramente emisiones de rayos X o de radio o luz infrarroja emitidas alrededor de donde podría estar el agujero negro, sabrían que la hipótesis del agujero negro es la correcta.
Al igual que nuestro amigo marino puede simular ser una estrella de mar, eventualmente moverá sus tentáculos y revelará su verdadera naturaleza.
Este artículo fue publicado originalmente en La conversación por Fabio Pacucci en el Instituto Smithsonian. Lea el Artículo original aquí.
