Cúmulo de galaxias en expansión se encuentra escondido a plena vista

Una imagen de rayos X (en azul) con un zoom en la imagen óptica (dorado y marrón) que muestra la galaxia central de un grupo oculto, que alberga un agujero negro supermasivo.

Crédito: Taweewat Somboonpanyakul, Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives license

Los científicos del MIT han descubierto un nuevo cúmulo de galaxias que se esconde a plena vista. El cúmulo, que se encuentra a solo 2.400 millones de años luz de la Tierra, está formado por cientos de galaxias individuales y rodea un agujero negro supermasivo extremadamente activo, o cuásar.

El cuásar central tiene el nombre de PKS1353-341 y es intensamente brillante, tan brillante que durante décadas los astrónomos que lo observaron en el cielo nocturno supusieron que el cuásar estaba completamente solo en su rincón del universo, brillando como una fuente de luz solitaria. desde el centro de una sola galaxia

Pero como el equipo del MIT informa hoy en el Astrophysical Journal , la luz del quasar es tan brillante que ha oscurecido cientos de galaxias agrupadas a su alrededor.

En su nuevo análisis, los investigadores estiman que hay cientos de galaxias individuales en el cúmulo, que, en total, son tan masivas como 690 trillones de soles. Nuestra galaxia Vía Láctea, en comparación, pesa alrededor de 400 mil millones de masas solares.

El equipo también calcula que el cuásar en el centro del cúmulo es 46 mil millones de veces más brillante que el sol. Su extrema luminosidad es probablemente el resultado de un frenesí de alimentación temporal: a medida que un inmenso disco de material se arremolina alrededor del cuásar, grandes trozos de materia del disco caen y lo alimentan, causando que el agujero negro irradie enormes cantidades de energía hacia afuera. ligero.

«Esta podría ser una fase efímera por la que pasan los clusters, donde el agujero negro central tiene una comida rápida, se vuelve brillante y luego se desvanece nuevamente», dice el autor del estudio Michael McDonald, profesor asistente de física en el Instituto Kavli de Astrofísica del MIT. y la investigación espacial. «Esto podría ser un problema que acabamos de ver. En un millón de años, esto podría parecer una fuzzball difusa».

McDonald y sus colegas creen que el descubrimiento de este grupo oculto muestra que puede haber otros cúmulos similares de galaxias escondidos detrás de objetos extremadamente brillantes que los astrónomos han catalogado erróneamente como fuentes de luz únicas. Los investigadores ahora están buscando más cúmulos de galaxias ocultos, que podrían ser pistas importantes para estimar cuánta materia hay en el universo y qué tan rápido se está expandiendo el universo.

Los coautores del artículo incluyen al autor principal y estudiante graduado del MIT Taweewat Somboonpanyakul, Henry Lin de la Universidad de Princeton, Brian Stalder del Large Synoptic Survey Telescope y Antony Stark del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pelusas o puntos

En 2012, McDonald y otros descubrieron el cúmulo de Phoenix, uno de los cúmulos de galaxias más masivos y luminosos del universo. El misterio de McDonald era por qué este grupo, que era tan intensamente brillante y en una región del cielo que es fácilmente observable, no se había encontrado antes.

«Empezamos a preguntarnos por qué no lo habíamos encontrado antes, porque es muy extremo en sus propiedades y muy brillante», dice McDonald. «Es porque teníamos nociones preconcebidas de cómo debería ser un clúster. Y esto no se ajustaba a eso, así que nos lo perdimos».

En su mayor parte, dice que los astrónomos han supuesto que los cúmulos de galaxias parecen «esponjosos», emitiendo una señal muy difusa en la banda de rayos X, a diferencia de las fuentes puntuales más brillantes, que se han interpretado como cuásares o agujeros negros extremadamente activos .

«Las imágenes son todos puntos, o pelusas, y las pelusas son estas gigantes bolas de gas caliente de un millón de años luz que llamamos racimos, y los puntos son agujeros negros que están aumentando el gas y brillando mientras este gas entra en espiral». McDonald dice. «Esta idea de que podrías tener un agujero negro rápidamente acumulado en el centro de un cúmulo, no pensamos que fuera algo que sucedió en la naturaleza».

Pero el descubrimiento de Phoenix demostró que los cúmulos de galaxias podrían albergar agujeros negros inmensamente activos, lo que llevó a McDonald a preguntarse: ¿podría haber otros cúmulos de galaxias cercanos que simplemente se identificaran erróneamente?

Un comedor extremo

Para responder a esa pregunta, los investigadores crearon una encuesta llamada CHiPS, para Clusters Hiding in Plain Sight, que está diseñada para reevaluar las imágenes de rayos X tomadas en el pasado.

«Comenzamos a partir de datos de archivo de fuentes puntuales u objetos que eran súper brillantes en el cielo», explica Somboonpanyakul. «Estamos buscando fuentes puntuales dentro de cosas esponjosas».

Para cada fuente puntual que se identificó previamente, los investigadores notaron sus coordenadas y luego las estudiaron más directamente utilizando el Telescopio Magellan, un poderoso telescopio óptico que se encuentra en las montañas de Chile. Si observaron un número de galaxias más alto de lo esperado en torno a la fuente puntual (una señal de que el gas puede provenir de un grupo de galaxias), los investigadores volvieron a analizar la fuente, utilizando el observatorio espacial de rayos X Chandra de la NASA. para identificar una fuente extendida y difusa alrededor de la fuente del punto principal.

«Alrededor del 90 por ciento de estas fuentes resultaron no ser clusters», dice McDonald. «Pero lo divertido es que la pequeña cantidad de cosas que encontramos son una especie de rompe reglas».

El nuevo documento informa los primeros resultados de la encuesta CHiPS, que hasta ahora ha confirmado un nuevo cúmulo de galaxias que alberga un agujero negro central extremadamente activo.

«El brillo del agujero negro podría estar relacionado con la cantidad que está comiendo», dice McDonald. «Esto es miles de veces más brillante que un agujero negro típico en el centro de un cúmulo, por lo que es muy extremo en su alimentación. No tenemos idea de cuánto tiempo ha estado sucediendo o continuará sucediendo. Encontrar más de estas cosas nos ayudará a entender, es este un proceso importante, o simplemente una cosa extraña que solo hay uno en el universo «.

El equipo planea analizar más datos de rayos X en busca de cúmulos de galaxias que podrían haberse perdido la primera vez.

«Si la encuesta CHiPS puede encontrar suficientes de estos, seremos capaces de identificar la tasa específica de acreción en el agujero negro donde pasa de generar principalmente radiación a generar energía mecánica, las dos formas primarias de producción de energía de los agujeros negros». dice Brian McNamara, profesor de física y astronomía en la Universidad de Waterloo, que no participó en la investigación. «Este objeto en particular es interesante porque desafía la tendencia. O bien la masa del agujero negro supermasivo central es mucho menor de lo esperado, o la estructura del flujo de acreción es anormal. Los bichos raros son los que más nos enseñan».

Además de arrojar luz sobre la alimentación de un agujero negro, o el comportamiento de acreción, la detección de más cúmulos de galaxias puede ayudar a estimar qué tan rápido se está expandiendo el universo.

«Tomemos por ejemplo, el Titanic», dice McDonald. «Si sabes dónde cayeron las dos piezas más grandes, podrías ubicarlas hacia atrás para ver dónde el barco golpeó el iceberg. De la misma manera, si sabes dónde están todos los cúmulos de galaxias en el universo, cuáles son las piezas más grandes del universo, y lo grandes que son, y usted tiene información sobre cómo era el universo al principio, que conocemos del Big Bang, entonces podría trazar un mapa de cómo se expandió el universo «.