Resuelven el misterio de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos
29/9/2017 de The University of Texas / Science
Distribución de la densidad del gas alrededor de una protoestrella recién nacida. El movimiento de izquierda a derecha del gas supersónico crea la estructura de densidad comprimida, no esférica. Crédito: Shingo Hirano.
Un equipo internacional de investigadores ha empleado con éxito una simulación por supercomputadora para recrear la formación de un agujero negro masivo a partir de flujos de gas supersónico residuales del Big Bang. «Es un progreso significativo. El origen de los agujeros negros monstruosos ha sido un misterio durante mucho tiempo y ahora tenemos una solución para él», comenta Shingo Hirano (Universidad de Texas).
Los descubrimientos recientes de agujeros negros supermasivos a 13 mil millones de años-luz de distancia, correspondiente a una época en la que el Universo tenía solo un 5 por ciento de su edad actual, presenta un problema importante para la teoría de formación y evolución de los agujeros negros. Los mecanismos físicos que forman agujeros negros y controlan su crecimiento son poco conocidos.
Algunos estudios teóricos sugieren que estos agujeros negros se formaron a partir de los restos de las primera generación de estrellas, o por el colapso gravitatorio directo de nubes de gas primordial masivas. Sin embargo, estas teorías tienen dificultades para formar agujeros negros supermasivos suficientemente rápido, o necesitan que se den condiciones muy particulares.
La nueva investigación ha identificado un proceso físico prometedor a través del cual un agujero negro masivo podría formarse suficientemente deprisa. La clave son los movimientos del gas supersónico respecto a la materia oscura. Las simulaciones mostraron que se habían formado concentraciones masivas de materia oscura cuando el Universo tenía 10o millones de años. Los flujos de gas supersónico generados por el Big Bang fueron atrapados por la materia oscura, formando densas nubes turbulentas de gas. En su interior empezaron a formarse protoestrellas, y como el gas de los alrededores proporcionaba material más que suficiente para alimentarlas, las estrellas consiguieron hacerse extremadamente grandes en un corto periodo de tiempo sin emitir mucha radiación.
En cada caso, «una vez alcanzó una masa 34 mil veces la de nuestro Sol, la estrella colapsó bajo su propia gravedad, quedando un agujero negro masivo», explica Naoki Yoshida (Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, Japón). «La densidad en el número de agujeros negros masivos se calcula en aproximadamente uno por cada volumen de 3 mil millones de años-luz de lado, notablemente cerca de la densidad en número de agujeros negros supermasivos observada», explica Hirano.
