Los patrones de poder de los agujeros negros proporcionan información sobre su tamaño, informan los investigadores. Un nuevo estudio ha descubierto que el parpadeo de luz que se observa en la fuente de alimentación activa de los agujeros negros supermasivos está relacionado con su masa.

Los agujeros negros supermasivos son de millones a miles de millones de veces más masivos que el sol y normalmente residen en el centro de galaxias masivas. Cuando están inactivos y no se alimentan del gas y las estrellas que los rodean, los SMBH emiten muy poca luz; los astrónomos solo pueden detectarlos a través de sus influencias gravitacionales en las estrellas y el gas cercanos. Sin embargo, en el universo temprano, cuando las SMBH crecían rápidamente, alimentaban activamente (o acumulaban) material a tasas intensas y emitían una enorme cantidad de radiación, que a veces excedía toda la galaxia en la que residían, dijeron los investigadores.

El nuevo estudio, dirigido por el estudiante graduado de astronomía de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Colin Burke, y el profesor Yue Shen, ha descubierto una relación definitiva entre la masa de SMBH que se alimentan activamente y la escala de tiempo característica del patrón de luz parpadeante. Los resultados se publican en la revista Ciencia.

La luz observada de un acretor SMBH no es constante. Debido a procesos físicos que aún no se comprenden, muestra un parpadeo omnipresente en escalas de tiempo que van desde horas hasta décadas. «Muchos estudios han explorado las posibles relaciones entre el parpadeo observado y la masa de SMBH, pero los resultados no han sido concluyentes y, a veces, controvertidos», dijo Burke.

El equipo compiló un gran conjunto de datos de SMBH de alimentación activa para estudiar el modelo de variabilidad de parpadeo. Identificaron una escala de tiempo característica, en la que cambia el patrón, que está estrechamente correlacionada con la masa del SMBH. Luego, los investigadores compararon los resultados con la acumulación de enanas blancas, los remanentes de estrellas como nuestro sol, y encontraron que la misma relación entre la escala de tiempo y la masa se mantiene, a pesar de que las enanas blancas son millones, miles de millones de veces menos masivas que la SMBH.

Los parpadeos de luz son fluctuaciones aleatorias en un agujero negroproceso de alimentación, dijeron los investigadores. Los astrónomos pueden cuantificar este patrón de parpadeo midiendo el poder de la variabilidad en escalas de tiempo. Para acumular SMBH, el modelo de variabilidad cambia de escalas de tiempo cortas a escalas de tiempo largas. Esta transición de patrón de variabilidad ocurre en una escala de tiempo característica que es más larga para agujeros negros más masivos.

El equipo comparó la alimentación del agujero negro con nuestra actividad de comer o beber, comparando esta transición con un eructo humano. Los bebés eructan con frecuencia cuando beben leche, mientras que los adultos pueden hacerlo por más tiempo. Los agujeros negros hacen lo mismo al alimentarse, dijeron.

“Estos resultados sugieren que los procesos que causan el parpadeo durante la acreción son universales, ya sea que el objeto central sea un agujero negro supermasivo o un objeto mucho más ligero. enano blanco«Dijo Shen.

«Establecer un vínculo firme entre el parpadeo de luz observado y las propiedades fundamentales del acelerador ciertamente nos ayudará a comprender mejor los procesos de acreción», dijo Yan-Fei Jiang, investigador del Instituto Flatiron y coautor del estudio.

Los agujeros negros astrofísicos tienen un amplio espectro de masa y tamaño. Entre la población de agujeros negros de masa estelar, que pesan menos de varias docenas de veces la masa del sol, y las SMBH, existe una población de agujeros negros llamados agujeros negros de masa intermedia que pesan entre 100 y 100.000 veces la masa del sol. sol. masa del sol. masa del sol.

Se espera que los IMBH se formen en grandes cantidades a lo largo de la historia del universo, y pueden proporcionar las semillas necesarias para convertirse en SMBH más adelante. Sin embargo, desde una perspectiva de observación, esta población de IMBH es sorprendentemente esquiva. Solo hay un IMBH indiscutiblemente confirmado que pesa alrededor de 150 veces la masa del sol. Pero este IMBH fue descubierto por casualidad por la radiación de ondas gravitacionales de la coalescencia de dos agujeros negros menos masivos.

«Ahora que existe una correlación entre el modelo de parpadeo y la masa del objeto de acreción central, podemos usarlo para predecir cómo se vería la señal de parpadeo de un IMBH», dijo Burke.

Los astrónomos de todo el mundo esperan el comienzo oficial de una era de estudios masivos que monitorean el cielo dinámico y cambiante. El Legacy Survey of Space and Time del Observatorio Vera C. Rubin de Chile estudiará el cielo durante una década y recopilará datos de parpadeo de luz para miles de millones de objetos, a partir de fines de 2023.

«La explotación del conjunto de datos LSST para buscar patrones de parpadeo compatibles con el aumento de IMBH tiene el potencial de descubrir y comprender completamente esta misteriosa población de agujeros negros muy buscados», dijo el coautor Xin Liu, profesor de astronomía en la U. por I.

Referencia: «Una escala de tiempo de variabilidad óptica característica en los discos de acreción astrofísicos» 12 de agosto de 2021, Ciencia.
DOI: 10.1126 / science.abg9933

Este estudio es una colaboración con el profesor de astronomía y física Charles Gammie y el investigador postdoctoral en astronomía Qian Yang, el Centro de Estudios Avanzados del Universo de Illinois e investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara; la Universidad de St. Andrews, Reino Unido; el Instituto Flatiron; la Universidad de Southampton, Reino Unido; la Academia Naval de los Estados Unidos; y la Universidad de Durham, Reino Unido

Burke, Shen y Liu también están afiliados al Center for Astrophysical Surveys en el National Center for Supercomputing Applications en Illinois.

La National Science Foundation, el Science and Technology Facilities Council y la Illinois Graduate Survey Science Fellowship apoyaron esta investigación.