Un nuevo tipo de agujero negro, antes teórico, ahora al alcance de los observadores
7/7/2016 de CfA / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Imagen de una simulación por supercomputadora del ambiente cosmológico donde el gas primordial sufre el colapso directo a agujero negro. El gas fluye a lo largo de los filamentos de materia oscura, formando una red cósmica que conecta las estructuras en el Universo temprano. Las primeras galaxias se formaron en la intersección de estos filamentos de materia oscura. Crédito: Aaron Smith/TACC/UT-Austin.
Los astrónomos Aaron Smith y Volker Bromm de la Universidad de Texas, junto con Avi Loeb del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, han descubierto pruebas de la existencia de una clase inusual de agujero negro nacido extremadamente temprano en el Universo. Demuestran que una fuente inusual de radiación intensa recientemente descubierta está probablemente alimentada por un «agujero negro de colapso directo», un tipo de objeto predicho teóricamente hace más de una década.
Los agujeros negros de colapso directo pueden ser la solución a un problema astronómico: ¿cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en las épocas tempranas del Universo? Hay sólidas indicaciones de su existencia, ya que son necesarios para alimentar los potentes cuásares detectados en el Universo joven. Sin embargo, hay varios problemas que deberían de impedir su formación y el proceso de crecimiento convencional es demasiado lento.
Los astrónomos Bromm y Loeb, en 2003, propusieron que estos agujeros negros supermasivos pudieron haberse formado por «colapso directo». Empezando con «una nube primordial de hidrógeno y helio, impregnada por un mar de radiación ultravioleta», dice Bromm. «Comprimes esta nube en el campo gravitatorio de un halo de materia oscura. Normalmente, la nube sería capaz de enfriarse y de fragmentarse para formar estrellas. Sin embargo, los fotones ultravioleta mantienen el gas caliente impidiendo cualquier proceso de formación de estrellas. Estas son las condiciones casi milagrosas deseadas: ¡colapso sin fragmentación! Como el gas se hace cada vez más y más compacto, acabas teniendo las condiciones de un agujero negro». Este conjunto de condiciones cósmicas es exquisitamente sensible al periodo temporal de la historia del Universo, no tiene lugar en las galaxias hoy en día.
Todo esto era teórico, hasta ahora. Smith, Bromm, y Loeb se interesaron por una galaxia llamada CR7, que muestra características inusuales en la luz que emite. Cierta línea de hidrógeno del espectro, llamada Lyman alfa, es varias veces más brillante de lo esperado. El espectro también tiene una línea de helio inusualmente brillante. «Lo que sea que está alimentado esta fuente es muy caliente, lo suficiente como para ionizar el helio», comenta Smith. Bromm estaba de acuerdo: «Necesitas que esté a 100 000 K, muy caliente, y una fuente ultravioleta muy dura para que eso ocurra».
Las simulaciones por computadora que realizaron los investigadores han demostrado que la fuente de energía de CR7 encaja muy bien con un agujero negro de colapso directo. Recientemente NASA anunció el descubrimiento de dos candidatos adicionales a ser agujeros negros de colapso directo en base a observaciones del observatorio de rayos X de Chandra.
