No todos los agujeros negros itinerantes se pierden, y ahora, es posible que se hayan encontrado algunos.

Título: Candidatos a agujeros negros errantes en galaxias enanas con resolución VLBI

Autores: Andrew J. Sargent, Megan C. Johnson, Amy E. Reines, Nathan J. Secrets, Alexander J. van der Horst, Phil J. Cigan, Jeremy Darling, Jenny E. Greene

Institución del primer autor: Observatorio Naval de los Estados Unidos, Washington, DC, EE. UU.; Departamento de Física, Universidad George Washington, Washington, DC, EE. UU.

Estado: Aceptado por ApJ

¿Cómo se hace un agujero negro de miles de millones de veces la masa del Sol? Incluso para construir el planeta Magratheansesto parece una tarea difícil. muchos mecanismos han sido propuestos para explicar la formación de estos agujeros negros supermasivos (SMBHs) que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias. Algunos implican la fusión de «semillas», agujeros negros masivos (MBH) que pesan solo cientos o cientos de miles de masas solares. Una forma sencilla de probar estas teorías es buscar MBH reliquia y galaxias enanas son excelentes objetivos. Como las galaxias enanas no han sufrido muchas fusiones, los MBH que albergan deberían haber evitado ser absorbidos por los SMBH en crecimiento.

El artículo de hoy estudia 13 posibles candidatos a MBH en galaxias enanas, algunas de las cuales pueden haberse desplazado hasta los límites de sus anfitriones. ¿Qué pasa con eso? ¿Son realmente MBH? ¡buceemos!

Aquí hay una pregunta. Dado que los SMBH generalmente se encuentran cerca del centro de sus galaxias, ¿por qué podríamos esperar que algunos MBH en las galaxias enanas estén más lejos? La respuesta tiene que ver con la gravedad: debido a que las galaxias enanas son mucho menos masivas, su potencial gravitacional es menor, lo que facilita que las MBH se alejen de sus centros. Esto significa que si ve una fuente de radio que aparece muy cerca del centro de una galaxia enana, podría ser un MBH, o podría ser un núcleo galáctico activo (AGN) en una galaxia muy, muy lejana, acumulando materia y enviando chorros energéticos hacia el cosmos, que casualmente está detrás de la galaxia enana. Estos intrusos no deseados pueden plantear un desafío para la identificación de MBH.

Otro problema para encontrar MBH es que son débiles. Si bien pasan por períodos de acreción como los AGN normales, sus bajas masas significan que no se acumulan tan rápido, lo que reduce su luminosidad. A principios de la década de 2000, solo se encontraron dos agujeros negros en acreción en las galaxias enanas. Afortunadamente, eso cambió con la llegada de los estudios del cielo como el ahora famoso Encuesta del cielo digital de Sloan (SDSS), que ha estado funcionando desde 2000 y ha acumulado detecciones de alrededor de mil millones de fuentes únicas.

Figura 1: Las 13 galaxias enanas que albergan posibles candidatos a MBH, vistas por el Dark Energy Camera Legacy Survey en longitudes de onda ópticas. Las cruces rojas muestran la ubicación de fuentes de radio compactas que pueden ser MBH. Mientras que algunos aparecen cerca del centro del anfitrión, otros están significativamente más lejos. credito de imagen: Higo. 7, Reinés et al. 2020.

Los 13 candidatos de este artículo fueron reunidos por algunos de los mismos astrónomos en un periódico de 2020. Examinaron 43.707 galaxias enanas de baja masa SDSS, en busca de fuentes que habían sido detectadas en frecuencias de radio por el Arreglo muy grande (VLA). Tras mantener las coincidencias y eliminar las fuentes de radio que eran AGN de ​​fondo o que podían explicarse por procesos relacionados con la formación estelar, terminaron con candidatos de 13 MBH, muchos de los cuales no están alineados con los centros de sus galaxias anfitrionas.

En este artículo más reciente, realizaron observaciones de seguimiento usando el Matriz de línea de base demasiado larga (VLB). El VLBA es un interferómetro que utiliza radiotelescopios a miles de kilómetros de distancia para lograr altas resoluciones angulares, lo que permite a los astrónomos ver detalles. Desafortunadamente, el VLBA solo pudo detectar cuatro de los 13 candidatos, y esos cuatro, debido a su luminosidad y posición, parecían ser solo intrusos, núcleos galácticos activos en galaxias mucho más allá de las enanas a las que apuntaba su equipo.

Figura 2: Las cuatro fuentes que el equipo pudo detectar con el VLBA. Aquí, S es la densidad de flujo, una cantidad que describe la intensidad de la emisión de radio. Como estas fuentes son en realidad AGN de ​​fondo en lugar de MBH en las galaxias enanas objetivo, las escalas físicas en la esquina inferior derecha son imprecisas. Crédito de la imagen: Fig. 1 del periódico.

¡Esto puede parecer un gran problema! ¿Solo cuatro detecciones, todas parecen ser impostoras? Afortunadamente, la situación no es tan grave como parece. Si bien el VLBA es bueno para resolver fuentes a pequeña escala, en la configuración utilizada, no es bueno para resolver fuentes a gran escala, y la emisión de radio de los agujeros negros que se acumulan puede provenir en parte de estructuras más grandes, como lóbulos de radio, en lugar de fuentes de punto central.

Las observaciones en varias longitudes de onda han confirmado que dos de los nueve restantes probablemente estén acumulando MBH cerca del centro de sus galaxias anfitrionas. Los otros siete siguen siendo desconocidos. Cinco de ellos son demasiado brillantes para formar estrellas y, en función de sus posiciones, podrían ser más intrusos AGN de ​​fondo o, tentadoramente, MBH errantes.

¿A dónde vamos después? Las observaciones de seguimiento en otras longitudes de onda pueden ser útiles. El grupo sugiere el Telescopio Espacial Hubble en particular como un medio para descubrir cuáles son realmente estas siete fuentes. Dadas las dificultades que implica detectar MBH, incluso uno más podría ser valioso para que los astrónomos intenten comprender la formación de los agujeros negros más grandes del universo.

Astrobite editado por Suchitra Narayanan

Crédito de la imagen destacada: Reines et al. 2020

Acerca de Graham Doskoch

Soy un estudiante graduado en la Universidad de West Virginia haciendo un doctorado en radioastronomía. Mi investigación se centra en los púlsares y los esfuerzos para usarlos para detectar ondas gravitacionales como parte de matrices de tiempo de púlsares como NANOGrav e IPTA. Me encanta correr, caminar, leer y simplemente disfrutar de la naturaleza.