Supernovas que "vuelan" toda una galaxia - principal


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Simulaciones en computadora nos muestran la extraña historia de las protogalaxias primitivas que no lograron encender sus estrellas, y finalmente colapsaron en agujeros negros tremendamente supermasivos… hasta ahora inexplicables para la ciencia

Todo lo que la galaxia joven había conocido era la oscuridad. Por un tiempo coexistió con una multitud ardiente, merodeando por el universo temprano y recogiendo materia oscura y gas. Entonces las cosas empezaron a cambiar. Las otras galaxias se enfriaron y se establecieron, dando origen a estrellas brillantes que impactaron la niebla y la oscuridad.

Pero aún intentando e intentando, la malhumorada galaxia no podía evitar la oscuridad en su núcleo. Tomaba temperatura con el resplandor de sus antiguas amigas, que crecían calentándose más y más… hasta que un día explotó.

Estas melancólicas protogalaxias podrían explicar cómo fueron creados los agujeros negros supermasivos en los inicios del universo, y como éstos fueron las semillas de las galaxias maduras que vemos hoy. Si esta idea es cierta, deberíamos ser capaces de ver estas inusuales explosiones con la próxima generación de telescopios.

Los agujeros negros nacen cuando las estrellas muy masivas explotan y se derrumban sobre sí en restos ultradensos. Los agujeros negros estelares pueden tener, aproximadamente, hasta 10 veces la masa del Sol. Pero también vemos agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de veces la masa del Sol en los núcleos de la mayoría de las galaxias maduras.

Los astrónomos creen que los agujeros negros crecen al fusionarse con otros agujeros negros. Cuando dos galaxias colisionan, sus agujeros negros centrales se zambullen en el centro, creando una nueva galaxia con un agujero negro aún más masivo en su núcleo. Sin embargo, algunas galaxias llegaron a albergar agujeros negros inusualmente masivos unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang. Eso no es suficiente tiempo para que pudiesen haber crecido por medio de fusiones, dejando a los astrónomos un supermasivo enigma.

Despojada de refrigerante

Una posibilidad es que la mayoría de la masa de algunas protogalaxias haya colapsado en monstruosos agujeros negros, que luego podrían fusionarse para dar lugar a las primeras versiones de los núcleos supermasivos de las galaxias, dice Daniel Whalen, del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México. La mayoría de las primeras galaxias nacieron como nubes de hidrógeno atómico que eran demasiado calientes como para formar estrellas. Con el tiempo se enfriaron y comenzaron a formar el hidrógeno molecular, lo cual les ayudó a enfriarse aún más rápido. En estas galaxias, los densos paquetes de gas frío pudieron colapsar y encender las nuevas estrellas.

Sin embargo, algunas protogalaxias cercanas fueron bañadas por una intensa radiación ultravioleta generada por las estrellas recién nacidas, despojándolas de su hidrógeno molecular. Sin ningún tipo de refrigerante, estas protogalaxias no pudieron formar estrellas y en cambio empezaron a calentarse. “El gas se pone más y más caliente y de ninguna manera puede colapsar”, dice Whalen. Él y sus colegas realizaron simulaciones por computadora que muestran que las protogalaxias calientes pueden llegar a tener 100 millones de veces la masa del Sol sin formar una sola estrella.

Cuando una protogalaxia alcanza esa masa, el gas que cae desde el espacio intergaláctico se calienta tanto que los átomos de hidrógeno chocan violentamente, moviendo sus electrones desde sus niveles de energía más bajos hasta los peldaños siguientes, los más altos en la escala de la energía atómica. Cuando estos electrones vuelven a su estado original, emiten un fotón que transporta la energía a la distancia. En otras palabras, el gas de la protogalaxia finalmente tiene una forma de enfriarse.

Semillas galácticas

Los modelos muestran que la protogalaxia se enfría tan rápidamente que en unos pocos millones de años su gas se comprime para formar una sola bola de gas de 100.000 a un millón de veces la masa del Sol.

En otro estudio, los investigadores del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching, Alemania, sugirieron que esas enormes nubes de gas en el universo primitivo podrían colapsar directamente en obesos agujeros negros, de millones de veces la masa del Sol.

Sin embargo, las simulaciones de Whalen mostraron que la mayoría de las veces estas bolas colapsaron en agujeros negros de sólo unas pocas decenas de miles de veces la masa del Sol; algo impresionante, pero apenas supermasivo. En algunos casos, el modelo muestra que el gas forma una estrella supermasiva que pasa su corta vida al borde de la estabilidad. “Si se forman estas estrellas, pueden explotar como una supernova de enorme energía”, dice Whalen. “Será la explosión más enérgética en el universo.” Los restos de este tipo de supernova regresarían entonces al dominio gravitatorio de la materia oscura de la galaxia. La mayor parte colapsaría para formar un agujero negro.

“Y voilá, tienes un agujero negro con la masa en algún lugar entre 10.000 y un millón de masas solares”, dice Whalen. “Son las semillas de los agujeros negros supermasivos que vemos más tarde”.

El nacimiento del agujero negro también desencadena un estallido de formación estelar en los escombros galácticos restantes; las semillas de una nueva galaxia. Las simulaciones del equipo sugieren que las supernovas súper masivas, y los destellos siguientes, tienen espectros característicos únicos de radiación que los futuros observatorios, como el Telescopio Espacial James Webb, tiene que ser capaces de detectar.

Referencia de publicación: arxiv.org/abs/1305.6966 , presentado a The Astrophysical Journal.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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