Simulaciones revelan una nueva teoría para el origen de los agujeros negros
En esta teoría, los precursores de los agujeros negros supermasivos crecen al tragar no solo gas interestelar, sino también estrellas más pequeñas.
Simulaciones por computadora de astrofísicos japoneses han revelado una nueva teoría para el origen de los agujeros negros supermasivos. En esta teoría, los precursores de los agujeros negros supermasivos crecen al tragar no solo gas interestelar, sino también estrellas más pequeñas. Esto ayuda a explicar la gran cantidad de agujeros negros supermasivos observados hoy.
Casi todas las galaxias del Universo moderno tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Sus masas a veces pueden alcanzar hasta 10.000 millones de veces la masa del sol. Sin embargo, su origen sigue siendo uno de los grandes misterios de la astronomía. Una teoría popular es el modelo de colapso directo donde las nubes primordiales de gas interestelar colapsan bajo la gravedad propia para formar estrellas supermasivas que luego evolucionan en agujeros negros supermasivos.
Pero estudios anteriores han demostrado que el colapso directo solo funciona con gas prístino que consiste solo en hidrógeno y helio. Elementos más pesados como el carbono y el oxígeno cambian la dinámica de los gases, lo que hace que el gas que se colapsa se fragmente en muchas nubes más pequeñas que forman sus propias estrellas pequeñas, en lugar de unas pocas estrellas supermasivas. El colapso directo del gas prístino solo no puede explicar la gran cantidad de agujeros negros supermasivos que se ven hoy en día.
Sunmyon Chon, becario postdoctoral en la Universidad de Tohoku, y su equipo utilizaron el Observatorio Astronómico Nacional de la supercomputadora de Japón "ATERUI II" para realizar simulaciones 3D de alta resolución a largo plazo para probar la posibilidad de que estrellas supermasivas podrían formarse incluso en gas enriquecido con elementos pesados.
La formación de estrellas en nubes de gas que incluyen elementos pesados ha sido difícil de simular debido al costo computacional de simular la división violenta del gas, pero los avances en la potencia informática, específicamente la alta velocidad de cálculo de "ATERUI II" puesta en servicio en 2018, permitieron al equipo para superar este desafío. Estas nuevas simulaciones permiten estudiar la formación de estrellas a partir de nubes de gas con más detalle.
Contrariamente a las predicciones anteriores, el equipo de investigación descubrió que las estrellas supermasivas aún pueden formarse a partir de nubes de gas enriquecidas con elementos pesados. Como se esperaba, la nube de gas se rompe violentamente y se forman muchas estrellas más pequeñas.
Sin embargo, hay un fuerte flujo de gas hacia el centro de la nube; Las estrellas más pequeñas son arrastradas por este flujo y son absorbidas por las estrellas masivas en el centro. Las simulaciones resultaron en la formación de una estrella masiva 10.000 veces más masiva que el Sol. "Esta es la primera vez que mostramos la formación de un precursor de agujero negro tan grande en nubes enriquecidas en elementos pesados. Creemos que la estrella gigante así formada continuará creciendo y evolucionando hacia un agujero negro gigante", dice Chon en un comunicado.
Este nuevo modelo muestra que no solo el gas primordial, sino también el gas que contiene elementos pesados puede formar estrellas gigantes, que son semillas de agujeros negros. "Nuestro nuevo modelo puede explicar el origen de más agujeros negros que los estudios anteriores, y este resultado conduce a una comprensión unificada del origen de los agujeros negros supermasivos", dice Kazuyuki Omukai, profesor de la Universidad de Tohoku. El estudio se publica en 'Monthly Notices of the Royal Astronomical Society'.
