Es probable que los primeros grandes agujeros negros del universo se hayan formado y crecido bien dentro de gigantescos capullos parecidos a estrellas que asfixiaron su potente radiación de rayos X y evitaron que se alejaran los gases de los alrededores, según un nuevo estudio conducido desde la Universidad de Colorado en Boulder
El proceso de formación tuvo dos fases, dijo Mitchell Begelman, profesor y presidente del Departamento de Ciencias Astrofísica y Planetarias de la Universidad de Colorado en Boulder. Es probable que los predecesores de la formación un agujero negro, unos objetos llamados estrellas supermasivas, hayan empezado a formarse durante los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, hace unos 14.000 millones de años. Eventualmente, una estrella supermasiva podría haber crecido hasta un enorme tamaño —hasta decenas de millones de veces la masa de nuestro Sol— y habrían tenido una corta vida, ya que sus núcleos colapsaron en unos pocos millones de años, dijo Begelman.
En el nuevo estudio, que será publicado en el Monthly Notices of Royal Astronomical Society en Londres, Begelman calcula cómo se podrían haber formado las estrellas supermasivas, así como las masas de sus núcleos. Estos cálculos le permitieron estimar su tamaño y su evolución posterior, incluida la forma en que, en última instancia, dejaron detrás la «semilla» de los agujeros negros.
Begelman dijo que las estrellas supermasivas, que quemaban hidrógeno, tuvieron que haber sido estabilizadas por su propia rotación, o por alguna otra forma de energía, como campos magnéticos o turbulencias, a fin de facilitar el crecimiento rápido de un agujero negro en sus núcleos. «Lo que es nuevo aquí es que pensamos que hemos encontrado un nuevo mecanismo para formar estas estrellas súper gigantes, que nos da una nueva forma de entender cómo puede haberse formado agujeros negros tan grandes relativamente rápido», dijo Begelman.
El requisito principal para la formación de estrellas supermasivas es la acumulación de materia a una velocidad cercana a una masa solar por año, dijo Begelman. Debido a la enorme cantidad de materia consumida por las estrellas supermasivas, las semillas posteriores de agujeros negros que se formaron en sus núcleos pueden haber comenzado mucho más grandes que los agujeros negros ordinarios —que tienen la masa de unos pocos soles terrestres— y, luego, crecieron mucho más rápido .
Después de que se formaron las semillas de los agujeros negros, el proceso entró en una segunda etapa, que Begelman ha denominado la «etapa cuasiestrella». En esta fase, los agujeros negros crecieron rápidamente por la ingestión de materia desde la hinchada cobertura de gas que les rodeaba, lo que finalmente se infló a un tamaño tan grande como el Sistema Solar de la Tierra y al mismo tiempo se enfrió, dijo.
Una vez que las cuasiestrellas se enfriaron más allá de cierto punto, la radiación comenzó a escapar a un ritmo tan alto que su dotación de gas se dispersó, dejando atrás un agujero negro de hasta 10.000 o más veces la masa del Sol de la Tierra, dijo Begelman. Con este tipo de comienzo tan superior a los agujeros negros ordinarios, podrían haber crecido hasta convertirse en agujeros negros supermasivos de millones o miles de millones de veces la masa del Sol, ya sea al devorar el gas que rodea las galaxias o por su fusión con otros agujeros negros en colisiones galácticas extremadamente violentas.
La fase de cuasiestrella fue analizado en un artículo de 2008 publicado por Begelman en colaboración con el profesor Phil Armitage y la investigadora asociada Elena Rossi.
«Hasta hace poco, muchos pensaban que un agujero negro supermasivo comienza por la fusión de numerosos agujeros negros pequeños en el universo», dijo. «Este nuevo modelo de desarrollo de un agujero negro indica una posible ruta alternativa para su formación.»
Los agujeros negros son objetos celestes extremadamente densos que, se cree, se forman por el colapso de las estrellas y que tienen un campo gravitatorio tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Si bien los agujeros negros no son directamente detectables por los astrónomos, el movimiento de la materia estelar que gira alrededor de ellos y los potentes chorros de gas que eyectan proporciona evidencia de su existencia. Se cree que los agujeros negros ordinarios son restos de estrellas un poco más grandes que nuestro Sol que utilizaron todo su combustible y murieron, dijo.
Los agujeros negros supermasivos que se crearon a principios de la historia del universo pueden haber llegado a producir el fenómeno de los cuásares, centros energéticos de galaxias distantes muy brillantes, que pueden tener un billón de veces (1012) el brillo de nuestro Sol. También hay pruebas de que hay un agujero negro supermasivo en el centro de cada gran galaxia actual, incluyendo nuestra propia Vía Láctea, dijo Begelman.
«Los grandes agujeros negros formados por medio de estas estrellas supermasivas podría haber tenido un impacto enorme en la evolución del universo, incluyendo la formación de galaxias», dijo. Begelman está colaborando con la astrofísica Marta Volonterila de la Universidad de Michigan, comparando la posible formación de agujeros negros a partir de estrellas supermasivas y cuasiestrellas con su creación por fusión de agujeros negros corrientes, restos del colapso de las estrellas más tempranas del universo.
Los científicos podrían utilizar el telescopio espacial James Webb de la NASA , programado para su lanzamiento en el 2013, para mirar hacia atrás en el tiempo y buscar los capullos de súper estrellas cerca del borde del inicio del universo, que brillan en la porción del infrarrojo cercano en el espectro electromagnético, dijo Begelman.
Begelman ha escrito varios libros, incluyendo «Gravity’s Fatal Attraction», con Martin Rees, un miembro de la Cámara de los Lores británica y presidente de la Royal Society de Londres, y Astrónomo Real británico en 1996. La segunda edición del libro está prevista para comienzos del próximo año. Begelman también es autor de «Turn Right at Orion: Travels Through the Cosmos» (2000).
Fuente: Universidad de Colorado en Boulder. Aportado por Eduardo J. Carletti
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