Los agujeros negros fueron muy comunes en los comienzos del Universo

Mediante la comparación de señales de fondo de rayos X e infrarrojos en el mismo tramo de cielo, un equipo internacional de astrónomos ha descubierto evidencias de un importante número de agujeros negros que acompañaron a las primeras estrellas en el universo.

Utilizando los datos Observatorio Chandra de rayos X y el Telescopio Espacial Spitzer, que observa en el infrarrojo, los investigadores han llegado a la conclusión de uno de cada cinco fuentes que contribuyen a la señal de infrarrojos es un agujero negro.

“Nuestros resultados indican que los agujeros negros son responsables de al menos el 20 por ciento del fondo cósmico infrarrojo, lo que indica una intensa actividad de agujeros negros se alimentaban de gas durante la época de las primeras estrellas”, dijo Alexander Kashlinsky, astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Md.

El fondo cósmico infrarrojo (CIB) es la luz colectiva de una época en la que la estructura surgió por primera vez en el universo. Los astrónomos piensan que surgió de grupos de soles masivos en primeras generaciones estelares del universo, así como de agujeros negros, que produjeron grandes cantidades de energía a medida que acumulan gas.

Incluso los telescopios más poderosos no pueden ver las estrellas más distantes y los agujeros negros como fuentes individuales. Pero su resplandor combinado, viajando a través de miles de millones de años luz, permite a los astrónomos empezar a descifrar las contribuciones relativas de la primera generación de estrellas y los agujeros negros en el joven cosmos. Esto fue en un momento en que las galaxias enanas se ensamblaban y fusionaban para convertirse en objetos majestuosos como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

“Queríamos entender la naturaleza de las fuentes en esta época con más detalle, por lo que se sugirió examinar los datos de Chandra para estudiar la posibilidad de emisiones de rayos X asociadas al resplandor de ciertos objetos del CIB”, dijo Guenther Hasinger, director del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai en Honolulu, y miembro del equipo de estudio.

Hasinger discutió los hallazgos en la 222 ª sesión de la Sociedad Astronómica Americana en Indianapolis. Un artículo que describe el estudio fue publicado en la edición del 20 de mayo de Astrophysical Journal.

El trabajo comenzó en 2005, cuando Kashlinsky y sus colegas estudiaban observaciones del Spitzer en la que se vio por primera vez indicios de un brillo remanente. El resplandor se hizo más evidente en estudios posteriores llevados a cabo por el mismo equipo en 2007 y 2012. La investigación de 2012 examinó una región conocida como Strip Groth, una porción del cielo bien estudiada en la constelación del Boyero. En todos los casos, cuando los científicos restaron cuidadosamente todas las estrellas y las galaxias conocidas de los datos, lo que quedaba era un brillo irregular leve. No hay evidencia directa de que este brillo sea muy distante, pero las características reveladoras llevan a los investigadores a concluir que representa el CIB.

En 2007, Chandra tuvo exposiciones especialmente profundas de Strip Groth  como parte de una encuesta de múltiples longitudes de onda. A lo largo de una franja de cielo un poco más grande que la luna llena, las observaciones más profundas de Chandra se superpusieron con observaciones más profundas del Spitzer. Utilizando observaciones de Chandra, el investigador Nico Cappelluti, astrónomo del Instituto Nacional de Astrofísica, en Bolonia, Italia, elaboró mapas de rayos X con todas las fuentes conocidas en tres bandas de longitud de onda. El resultado, en paralelo con los estudios del Spitzer, fue un resplandor de rayos X débil y difuso que constituye el fondo cósmico de rayos X. (CXB).

Comparar estos mapas permitió al equipo determinar si las irregularidades de ambos fondos fluctuaron de forma independiente o en común. Su estudio detallado indica las fluctuaciones en energías de rayos X bajas y compatibles con los de los mapas infrarrojos.

“Esta medida nos llevó unos cinco años y los resultados fueron una gran sorpresa para nosotros”, dijo Cappelluti, quien también está afiliado a la Universidad de Maryland, en el Condado de Baltimore.

El proceso es similar a tratar de ver desde Los Angeles fuegos artificiales en Nueva York. La pirotecnia individual sería demasiado débil para verse, pero mediante la eliminación de todas las fuentes de luz que intervienen se podría detectar un poco de luz sin origen conocido. La detección de humo reforzaría la conclusión de que al menos parte de esta señal provendría de fuegos artificiales.

En el caso de los mapas CXB CIB, porciones del infrarrojo y rayos X parecen provenir de la misma región del cielo. El equipo informa que los agujeros negros son las únicas fuentes posibles que pueden producir ambas energías en las intensidades requeridas. Galaxias comunes de formación estelar, incluso aquellas en las se forman muchas estrellas, no pueden hacer esto.

Añadiendo información adicional de esta luz de fondo, los astrónomos están creando el primer censo de fuentes en los albores de la estructura del universo.

“Este es un resultado interesante y sorprendente que puede proporcionar una primera mirada a la era de la formación de galaxias inicial en el universo”, dijo otro colaborador del estudio, Harvey Moseley, astrofísico en el Centro Goddard. “Es esencial que continuemos este trabajo y lo confirmemos.”