L'immagine proviene dal Chandra Deep Field-South. Il campo completo copre una regione approssimativamente circolare del cielo con un'area di circa due terzi di quella della luna piena. Però, le regioni esterne dell'immagine, dove la sensibilità all'emissione di raggi X è minore, non sono mostrati qui. I colori in questa immagine rappresentano diversi livelli di energia dei raggi X rilevati da Chandra. Qui i raggi X a energia più bassa sono rossi, la fascia media è verde, e i raggi X a più alta energia osservati da Chandra sono blu. La regione centrale di questa immagine contiene la più alta concentrazione di buchi neri supermassicci mai vista, equivalente a circa 5, 000 oggetti che si adatterebbero nell'area della luna piena e circa un miliardo nell'intero cielo. Credito:raggi X:NASA/CXC/Penn State/B. Luo et al
Un'immagine senza precedenti dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA sta offrendo a un team internazionale di astronomi il miglior sguardo mai visto sulla crescita dei buchi neri nel corso di miliardi di anni a partire dal Big Bang. Questa è l'immagine a raggi X più profonda mai ottenuta, raccolti con circa 7 milioni di secondi, o 11 settimane e mezzo, di Chandra osservando il tempo.
L'immagine proviene da quello che è noto come Chandra Deep Field-South. La regione centrale dell'immagine contiene la più alta concentrazione di buchi neri supermassicci mai vista, equivalente a circa 5, 000 oggetti che si adatterebbero nell'area della Luna piena e circa un miliardo nell'intero cielo.
"Con questa fantastica immagine, possiamo esplorare i primi giorni dei buchi neri nell'Universo e vedere come cambiano nel corso di miliardi di anni, "ha detto Niel Brandt, il Verne M. Willaman Professore di Astronomia e Astrofisica, e professore di fisica, Penn State, che ha guidato un team di astronomi che studiano l'immagine profonda.
Circa il 70% degli oggetti nella nuova immagine sono buchi neri supermassicci, che può variare in massa da circa 100, Da 000 a 10 miliardi di volte la massa del Sole. Il gas che cade verso questi buchi neri diventa molto più caldo man mano che si avvicina all'orizzonte degli eventi, o punto di non ritorno, producendo una brillante emissione di raggi X.
"Può essere molto difficile rilevare i buchi neri nell'Universo primordiale perché sono così lontani e producono radiazioni solo se stanno attivamente attirando la materia, " ha detto il membro del team Bin Luo, professore di astronomia e scienze spaziali, Università di Nanchino. "Ma fissando abbastanza a lungo con Chandra, possiamo trovare e studiare un gran numero di buchi neri in crescita, alcuni dei quali appaiono non molto tempo dopo il Big Bang."
La nuova immagine a raggi X ultra profonda consente agli scienziati di esplorare idee su come i buchi neri supermassicci siano cresciuti da uno a due miliardi di anni dopo il Big Bang. Utilizzando questi dati, i ricercatori hanno dimostrato che questi buchi neri nell'Universo primordiale crescono principalmente a raffiche, piuttosto che attraverso il lento accumulo di materia.
I ricercatori hanno anche trovato indizi secondo cui i semi dei buchi neri supermassicci potrebbero essere "pesanti" con masse di circa 10, da 000 a 100, 000 volte quella del Sole, piuttosto che semi leggeri con circa 100 volte la massa del Sole. Questo risolve un importante mistero in astrofisica su come questi oggetti possano crescere così rapidamente da raggiungere masse di circa un miliardo di volte il Sole nell'Universo primordiale.
Hanno anche rilevato raggi X da massicce galassie a distanze fino a circa 12,5 miliardi di anni luce dalla Terra. La maggior parte dell'emissione di raggi X dalle galassie più lontane probabilmente proviene da grandi collezioni di buchi neri di massa stellare all'interno delle galassie. Questi buchi neri si formano dal collasso di stelle massicce e in genere pesano da poche a poche decine di volte la massa del Sole.
"Rilevando i raggi X da galassie così lontane, stiamo imparando di più sulla formazione e l'evoluzione dei buchi neri di massa stellare e supermassicci nell'Universo primordiale, " ha detto il membro del team Fabio Vito, borsista post-dottorato in astronomia e astrofisica, Penn State. "Stiamo guardando indietro ai tempi in cui i buchi neri erano in fasi cruciali di crescita, simile a neonati e adolescenti affamati."
Per eseguire questo studio, il team ha combinato i dati dei raggi X di Chandra con i dati molto profondi del telescopio spaziale Hubble sulla stessa porzione di cielo. Hanno studiato l'emissione di raggi X da oltre 2, 000 galassie identificate da Hubble che si trovano tra circa 12 e 13 miliardi di anni luce dalla Terra.
Saranno necessari ulteriori lavori utilizzando Chandra e futuri osservatori a raggi X per fornire una soluzione definitiva al mistero di come i buchi neri supermassicci possano raggiungere rapidamente grandi masse. Un campione più ampio di galassie lontane verrà dalle osservazioni con il James Webb Space Telescope, estendendo lo studio dell'emissione di raggi X dai buchi neri a distanze ancora maggiori dalla Terra.
I ricercatori hanno presentato i loro risultati oggi (5 gennaio) al 229° meeting dell'American Astronomical Society a Grapevine, Texas. Un articolo sulla crescita dei buchi neri nell'Universo primordiale, guidato da Fabio Vito, è stato pubblicato il 10 agosto, 2016, questione del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . Un documento di indagine condotto da Bin Luo è stato recentemente accettato per la pubblicazione in Il Giornale Astrofisico Serie Supplementare.
Il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama, gestisce il programma Chandra per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. L'Osservatorio Astrofisico Smithsonian di Cambridge, Massachusetts, controlla la scienza e le operazioni di volo di Chandra.
Penn State e MIT, sotto la guida di Gordon Garmire, Evan Pugh Professore Emerito di Astronomia, Penn State, sviluppato lo strumento ACIS per la NASA.
