Investigadores descifran la historia de los agujeros negros supermasivos en el universo temprano

Ilustración de un agujero negro supermasivo, Crédito: Scott Woods, Western University

Astrofísicos de la Western University han encontrado evidencia de la formación directa de agujeros negros que no necesitan emerger de un remanente de estrellas. La producción de agujeros negros en el universo temprano, formada de esta manera, puede proporcionar a los científicos una explicación de la presencia de agujeros negros extremadamente masivos en una etapa muy temprana en la historia de nuestro universo. 

Shantanu Basu y Arpan Das, del Departamento de Física y Astronomía de University of Western Ontario, han desarrollado una explicación para la distribución observada de masas y luminosidades de agujeros negros supermasivos, para las cuales no había una explicación científica previa. Los hallazgos fueron publicados por Astrophysical Journal Letters. 

El modelo se basa en una suposición muy simple: los agujeros negros supermasivos se forman muy, muy rápidamente en períodos muy, muy cortos de tiempo y, de repente, se detienen. Esta explicación contrasta con la comprensión actual de cómo se forman los agujeros negros de masa estelar, que surgen cuando el centro de una estrella muy masiva se colapsa sobre sí mismo. 

"Esta es una evidencia de observación indirecta de que los agujeros negros se originan a partir de colapsos directos y no de restos estelares", dice Basu, un profesor de astronomía en la University of Western Ontario que es reconocido internacionalmente como experto en las etapas iniciales de la formación de estrellas y la evolución del disco protoplanetario. 

Basu y Das desarrollaron el nuevo modelo matemático calculando la función de masa de los agujeros negros supermasivos que se forman durante un período de tiempo limitado y experimentan un rápido crecimiento exponencial de masa. El crecimiento de masa puede ser regulado por el límite de Eddington que se establece por un balance de las fuerzas de radiación y de gravitación o incluso puede sobrepasarlo por un factor modesto. 

"Los agujeros negros supermasivos solo tuvieron un corto período de tiempo en el que pudieron crecer rápido y luego, en algún momento, debido a toda la radiación en el universo creada por otros agujeros negros y estrellas, su producción se detuvo", explica Basu. "Ese es el escenario de colapso directo". 

Durante la última década, se han descubierto muchos agujeros negros supermasivos que son mil millones de veces más masivos que el Sol en "corrimientos al rojo" altos, lo que significa que se ubicaron en nuestro universo dentro de los 800 millones de años después del Big Bang. La presencia de estos agujeros negros jóvenes y muy masivos cuestiona nuestra comprensión de la formación y el crecimiento de los agujeros negros. El escenario de colapso directo permite que las masas iniciales sean mucho mayores que las implícitas en el escenario estelar estándar remanente, y pueden recorrer un largo camino para explicar las observaciones. Este nuevo resultado proporciona evidencia de que tales agujeros negros de colapso directo fueron producidos en el universo temprano. 

Basu cree que estos nuevos resultados pueden usarse con futuras observaciones para inferir el historial de formación de los agujeros negros extremadamente masivos que existen en los tiempos más tempranos de nuestro universo. 

Fuente: Universidad de Western Ontario,