Uma imagem incomparável do Observatório de Raios-X Chandra da NASA está dando a uma equipe internacional de astrônomos a melhor visão já feita sobre o crescimento de buracos negros ao longo de bilhões de anos, começando logo após o Big Bang. Esta é a imagem de raio-X mais profunda já obtida, coletado com cerca de 7 milhões de segundos, ou 11 semanas e meia, de Chandra observando o tempo.

A imagem vem do que é conhecido como Chandra Deep Field-South. A região central da imagem contém a maior concentração de buracos negros supermassivos já vistos, equivalente a cerca de 5, 000 objetos que caberiam na área da Lua cheia e cerca de um bilhão em todo o céu.

"Com esta foto incrível, podemos explorar os primeiros dias dos buracos negros no Universo e ver como eles mudam ao longo de bilhões de anos, "disse Niel Brandt, o Professor Verne M. Willaman de Astronomia e Astrofísica, e professor de física, Estado de Penn, que liderou uma equipe de astrônomos estudando a imagem profunda.

Cerca de 70 por cento dos objetos na nova imagem são buracos negros supermassivos, que pode variar em massa de cerca de 100, 000 a 10 bilhões de vezes a massa do Sol. O gás caindo em direção a esses buracos negros torna-se muito mais quente à medida que se aproxima do horizonte de eventos, ou ponto sem retorno, produzindo emissão de raios-X brilhante.

"Pode ser muito difícil detectar buracos negros no início do Universo porque eles estão muito distantes e só produzem radiação se estiverem ativamente puxando a matéria, "disse o membro da equipe Bin Luo, professor de astronomia e ciências espaciais, Universidade de Nanjing. "Mas, olhando por tempo suficiente para Chandra, podemos encontrar e estudar um grande número de buracos negros em crescimento, alguns dos quais aparecem não muito depois do Big Bang. "

A nova imagem de raios X ultraprofundos permite aos cientistas explorar ideias sobre como os buracos negros supermassivos cresceram cerca de um a dois bilhões de anos após o Big Bang. Usando esses dados, os pesquisadores mostraram que esses buracos negros no início do Universo crescem principalmente em explosões, ao invés do lento acúmulo de matéria.

Os pesquisadores também encontraram indícios de que as sementes dos buracos negros supermassivos podem ser "pesadas" com massas de cerca de 10, 000 a 100, 000 vezes a do Sol, em vez de sementes leves com cerca de 100 vezes a massa do Sol. Isso aborda um importante mistério na astrofísica sobre como esses objetos podem crescer tão rapidamente para atingir massas de cerca de um bilhão de vezes o Sol no início do Universo.

Eles também detectaram raios-X de galáxias massivas a distâncias de até cerca de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra. A maior parte da emissão de raios-X das galáxias mais distantes provavelmente vem de grandes coleções de buracos negros de massa estelar dentro das galáxias. Esses buracos negros são formados a partir do colapso de estrelas massivas e normalmente pesam algumas a algumas dezenas de vezes a massa do Sol.

"Ao detectar raios-X dessas galáxias distantes, estamos aprendendo mais sobre a formação e evolução de buracos negros de massa estelar e supermassivos no início do Universo, "disse o membro da equipe Fabio Vito, pós-doutorado em astronomia e astrofísica, Estado de Penn. "Estamos olhando para o tempo em que os buracos negros estavam em fases cruciais de crescimento, semelhante a bebês e adolescentes famintos. "

Para realizar este estudo, a equipe combinou os dados de raios-X do Chandra com dados muito profundos do Telescópio Espacial Hubble sobre o mesmo pedaço de céu. Eles estudaram a emissão de raios-X de mais de 2, 000 galáxias identificadas pelo Hubble que estão localizadas entre cerca de 12 e 13 bilhões de anos-luz da Terra.

Trabalhos adicionais usando Chandra e futuros observatórios de raios-X serão necessários para fornecer uma solução definitiva para o mistério de como buracos negros supermassivos podem atingir rapidamente grandes massas. Uma amostra maior de galáxias distantes virá de observações com o Telescópio Espacial James Webb, estendendo o estudo da emissão de raios-X de buracos negros a distâncias ainda maiores da Terra.

Os pesquisadores apresentaram seus resultados hoje (5 de janeiro) na 229ª reunião da reunião da Sociedade Astronômica Americana em Grapevine, Texas. Um artigo sobre o crescimento de buracos negros no início do Universo, liderado por Fabio Vito, foi publicado em 10 de agosto, 2016, questão do Avisos mensais da Royal Astronomical Society . Um artigo de pesquisa liderado por Bin Luo foi recentemente aceito para publicação em The Astrophysical Journal Suplemento Série.

Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para o Diretório de Missões Científicas da NASA em Washington. O Observatório Astrofísico Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, controla a ciência e as operações de voo do Chandra.

Penn State e MIT, sob a liderança de Gordon Garmire, Evan Pugh Professor Emérito de Astronomia, Estado de Penn, desenvolveu o instrumento ACIS para a NASA.