Un misterio duradero de la astrofísica es cómo los agujeros negros supermasivos se formaron tan rápidamente después del Big Bang. Ahora, una nueva simulación sugiere una explicación novedosa de cómo podrían haberse convertido las semillas de estos enormes agujeros negros.

Un equipo internacional de científicos ha encontrado que los agujeros negros masivos son el producto de estrellas supermasivas, tal vez 10.000 veces la masa del Sol. Las hipótesis sobre estas estrellas las hacen raras y dependen de la radiación intensa de otras estrellas, pero este no parece ser el caso en esta nueva simulación.

Según la nueva investigación, las estrellas supermasivas se formaron en regiones densas sin estrellas y la radiación de otras estrellas más distantes fue solo un contribuyente menor. Las estrellas se colapsaron rápidamente en agujeros negros masivos que crecieron al alimentarse del abundante gas presente en la región densa.

 

John Wise, profesor del Georgia Institute of Technology y autor principal del estudio, dijo en un comunicado:

«Los astrónomos observan agujeros negros súper masivos que se han convertido en mil millones de masas solares en 800 millones de años. Hacer eso requería una intensa convergencia de masa en esa región. Uno esperaría eso en regiones donde las galaxias se estaban formando en tiempos muy tempranos».

El trabajo se basa en la suite Renaissance Simulation, que se utilizó para ayudar a los investigadores a descubrir cómo evolucionó el universo durante sus primeros años. Descubrieron 10 halos de materia oscura que deberían haber formado estrellas dadas sus masas, pero solo parecía existir una densa nube de gas. El equipo utilizó la supercomputadora Stampede2 para volver a simular estos halos a una resolución más alta. Y ahí es donde vieron los agujeros negros formándose.

Una región de 30.000 años luz de la simulación realizada. Un halo de materia oscura justo afuera de esta región caliente forma tres estrellas supermasivas (recuadro) cada una más de 1.000 veces la masa de nuestro Sol que rápidamente colapsará en agujeros negros masivos y eventualmente agujeros negros supermasivos durante miles de millones de años
Una región de 30.000 años luz de la simulación realizada. Un halo de materia oscura justo afuera de esta región caliente forma tres estrellas supermasivas (recuadro) cada una más de 1.000 veces la masa de nuestro Sol que rápidamente colapsará en agujeros negros masivos y eventualmente agujeros negros supermasivos durante miles de millones de años. Crédito: Advanced Visualization Lab, National Center for Supercomputing Applications

Estas regiones sobrecargadas tienen una gran cantidad de materia oscura que crea un pozo gravitacional profundo. El gas cae dentro y se derrumba en estrellas masivas o directamente en un agujero negro.

Wise dijo:

«En este estudio, hemos descubierto un mecanismo totalmente nuevo que desencadena la formación de agujeros negros masivos en halos de materia oscura en particular. En lugar de solo considerar la radiación, debemos observar qué tan rápido crecen los halos. No necesitamos mucha física para entenderlo, simplemente cómo se distribuye la materia oscura y cómo la gravedad afectará eso. Para formar un agujero negro masivo es necesario estar en una región rara con una intensa convergencia de materia».

Si bien las regiones que pueden dar a luz a estos agujeros negros son raras, parecen ser más comunes de lo que se pensaba anteriormente. Los investigadores esperan usar la simulación para estudiar el ciclo de vida de estos agujeros negros masivos desde su formación hasta ahora.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Nature.

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