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The object would be the furthest observed to date, from the epoch where the Universe was 850 billion years old. Franz Bauer, MAS associated researcher, and professor of Universidad Católica took part in this discovery that XXX journal highlighted.
A team of astronomers led by Fabio Vito, a postdoctoral researcher of the Institute of Astrophysics UC, in which the associated researcher of the Millennium Institute of Astrophysics MAS, Franz Bauer also participates, discovered a cloaked black hole at 850 million years after the Big Bang, using NASA’s Chandra X-ray Observatory. This is the first evidence of a cloaked black hole in the early Universe.
The supermassive black holes use to grow pulling in material from a matter disk surrounding them. When the growth process goes fast, it generates large amounts of radiation in a smaller region around the black hole, producing an extremely bright, compact region that astronomers call as a quasar.
According to theories, during the early growth of black holes, a dense cloud of gas surrounds these objects, feeding the material of the disk. As the black hole grows, the cloud gas dies out, until it only remains the black hole and its bright disk. (see illustration).
“It is extraordinarily hard to find quasars in this cloaked phase since the majority of its radiation is absorbed, and the current instrumentation can’t detect the radiation. Thanks to both Chandra and the ability to go through the dark cloud, we believe that we have finally succeeded,” said Fabio Vito.
This discovery came from the observations of a quasar called PSO 167-13, which was first discovered using Pan-STARRS, an optical-light telescope located in Hawaii.
The optical observations have detected about 200 very-antique quasars when the Universe was less than a billion years, which means 8% of its present age, 13,8 billion years. However, these surveys are useful to find non-obscured blackholes since the thin clouds of gas and dust suppress the radiation that the telescope detects. Therefore, researchers expected that PSO 167-13 would be non-obscured (see illustration below).
The team carry out observations of PSO 167-13 in X-rays, and also observed other 9 quasars discovered with optical surveys. At 16 hours of observation, the team detected 3 X-ray photons from PSO 167-13, all with slightly high energies. The low-energy X-rays are absorbed easier than the higher ones, so the likely explanation is the gas obscure the quasar, allowing the detection of the X-rays only.
However, Vito explains that the galaxy hosting the quasar has a very close neighbor, visible in previous observations that both ALMA Observatory and Hubble Spatial Observatory carried out. Since its close separation and the weak source of X-rays, the team was unable to determine whether the X-ray emission is linked to PSO 167-13 or the neighboring galaxy.
If the X-rays comes from the known quasar, then it must be investigated why this quasar appeared obscured in X-rays but not in optical light. According to Franz Bauer, co-author of this research, there may have been a fast increase in the obscuration of this quasar during the three years among both observations. However, if the X-rays comes from the neighboring galaxy, that means that it has detected a new quasar near PSO 167-13. These pair of quasars would be the most distant one detected until date, breaking the record of 1.2 billion years after the Big Bang.
In any of both cases, the quasar that Chandra detected would be the furthest of the cloaked ones yet seen. The last record-holder was observed 1.3 billion years after the Big Bang.
“We will be able to obtain a higher estimation of how obscured this black hole is, and make a certain identification of the X-ray source with either the known quasar or the neighboring galaxy,” the MAS researcher concludes.[:es]
El objeto sería el más lejano que se haya observado, de la época en que el Universo tenía 850 millones de años. Franz Bauer, investigador asociado del MAS y docente de la Universidad Católica, participó en el hallazgo que fue destacado en la prestigiosa revista Astronomy & Astrophysics.
Un grupo de astrónomos, liderados por Fabio Vito, investigador postdoctoral del Instituto de Astrofísica UC y en el que también participa el investigador asociado del Instituto Milenio de Astrofísica MAS, Franz Bauer, descubrió un agujero negro oscurecido a 850 millones de años luego del Big Bang, usando el observatorio de rayos X Chandra, perteneciente a la NASA. Esta es la primera evidencia de un agujero negro oscurecido del universo temprano.
Los agujeros negros supermasivos suelen crecer alimentándose del material de un disco de materia que los rodea. Cuando este crecimiento es rápido, el proceso genera grandes cantidades de radiación en una región muy pequeña alrededor del agujero negro, produciendo una fuente compacta extremadamente brillante, la que los astrónomos llaman quásar.
Los cálculos teóricos indican que la mayor parte del crecimiento inicial de los agujeros negros ocurre mientras este objeto y el disco están rodeados por una densa nube de gas que alimenta al material del disco. A medida que el agujero negro crece, el gas en la nube se agota, hasta que solo quedan el agujero negro y el disco brillante (ver ilustración).
“Es extraordinariamente difícil encontrar quásares en esta fase oscurecida porque gran parte de su radiación es absorbida y no puede ser detectada por los instrumentos actuales. Gracias a Chandra y la capacidad de los rayos X de atravesar la nube oscura, creemos que finalmente lo hemos logrado”, comenta Fabio Vito.
El descubrimiento se realizó observando a PSO 167-13, quasar que fue descubierto por primera vez por Pan-STARRS, un telescopio de luz óptica ubicado en Hawai.
Las observaciones ópticas han detectado unos 200 quasars muy antiguos, de la época en que el universo tenía menos de mil millones de años, es decir, el 8% de su edad actual de 13.8 mil millones de años. Sin embargo, en estas observaciones son útiles para hallar agujeros negros no oscurecidos, ya que la radiación que detectan se suprime por las nubes delgadas de gas y polvo circundantes. Por lo tanto, los investigadores esperaban que PSO 167-13 no estuviese oscurecido (ver ilustración).
El equipo realizó observaciones de PSO 167-13 en rayos X, y, además, observó otros 9 quasars descubiertos a través de observaciones ópticas. El equipo comenta que después de 16 horas de observación, detectaron tres fotones de rayos X desde PSO 167-13, todos con cantidades relativamente altas de energía. Los rayos X de baja energía se absorben más fácilmente que los de mayor energía, por lo que la explicación probable es que el quásar está muy oculto por el gas, lo que permite que solo los rayos X de alta energía puedan detectarse.
Sin embargo, Vito explica que la galaxia que aloja el quásar tiene una galaxia compañera muy cercana, visible en observaciones previas realizadas con el Observatorio ALMA y el Telescopio Espacial Hubble. Debido a su estrecha separación y la debilidad de la fuente de rayos X, el equipo no pudo determinar si la emisión de rayos X descubierta está asociada a PSO 167-13 o a esta galaxia.
Si los rayos X provienen del quásar conocido, entonces se debe investigar por qué el quásar apareció muy oculto en rayos X pero no en luz óptica. Una posibilidad, explica Franz Bauer, coautor de la investigación, es que haya habido un aumento rápido en el oscurecimiento del quásar durante los 3 años transcurridos entre ambas observaciones. Pero si los rayos X surgen de la galaxia compañera, significa que se detectó un nuevo quásar cerca del PSO 167-13. Este par de quásares sería el más distante detectado hasta el momento, rompiendo el récord de 1,2 mil millones de años después del Big Bang.
En cualquiera de estos dos casos, el quásar detectado por Chandra sería el más lejano de los oscurecidos que se hayan visto. El anterior récord se observa 1.3 mil millones de años después del Big Bang.
“Con una observación más larga de Chandra, podremos obtener una mejor estimación de qué tan oscuro está este agujero negro y hacer una identificación segura de la fuente de rayos X con el quásar conocido o la galaxia compañera”, concluye el investigador del MAS.
Fuente: Instituto de Astrofísica UC
Enlace al paper [:]
- MAS firma convenio de colaboración con Planetario de Rapa Nui y organiza gira astronómica en la isla
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