Diversas observaciones realizadas durante la pasada década han
demostrado que cuando el universo tenía menos de 800 millones de años ya
existían agujeros negros extremadamente masivos. Los que se hallan en
el centro de las galaxias suelen poseer masas equivalentes a millones e
incluso miles de millones de veces la del Sol, mientras que aquellos que
se forman cuando el núcleo de una estrella destruida por una explosión
de supernova se derrumba sobre sí mismo, tienen entre 5 y 20 masas
solares aproximadamente.
Ilustración de la formación de un
agujero negro supermasivo muy cerca de una protogalaxia. (Imagen: J.
Wise (Georgia Tech) & J. Regan (Dublin))
La existencia de agujeros negros extremadamente masivos en el
universo muy temprano es sorprendente dado que, para un agujero negro de
masa estelar (decenas de veces la del Sol), recién creado, no hay una
forma factible de crecer hasta tener millones o incluso miles de
millones de masas solares en el limitado tiempo disponible.
Un agujero negro crece de forma más eficaz a través de la acreción de
gas, pero cuando este se acerca mucho al agujero negro, se calienta
sobremanera debido a las fuerzas de fricción y por el fuerte campo
gravitatorio. El gas caliente resultante genera intensas emisiones de
radiación, y una parte de esta ejerce una fuerte presión de radiación,
evitando que caiga más gas.
Así pues, aunque cerca de un agujero negro haya mucho gas disponible
para caer a él, la masa de este no puede crecer a un ritmo tan rápido
como para pasar en poco tiempo de una masa estelar a la detectada en los
misteriosos agujeros negros supermasivos de la infancia del universo,
dado que demasiada acreción (captura de materia hasta conformar un disco
de ella que gira alrededor del agujero y del que va cayendo materia a
este) acarrea que se generen violentas ráfagas de radiación que repelen
al gas cercano al agujero negro.
Durante los últimos años se ha desarrollado un modelo alternativo
para explicar la formación de agujeros negros supermasivos en el
universo temprano. En este llamado “modelo de agujero negro por colapso
directo”, nubes muy grandes de gas con masas de entre 10.000 y 100.000
masas se derrumban sobre sí mismas por el efecto desbocado de la propia
gravedad que generan, y la compresión que sufren va mucho más allá de la
que conduce a la formación de una estrella a partir de una nube gas. El
proceso comprime la enorme masa de gas de tal modo que se acaba creando
un agujero negro directamente.
Una condición previa para este colapso directo es que el enfriamiento
del gas sea muy ineficiente, o de lo contrario la nube se fragmentaría y
produciría estrellas. En el universo muy temprano, la única forma de
enfriar gas a bajas temperaturas era a través de la emisión de hidrógeno
molecular.
El equipo de Peter Johansson, de la Universidad de Helsinki en
Finlandia, ha desarrollado un nuevo modelo de simulación para describir
en mayor detalle la formación de los agujeros negros supermasivos en el
universo temprano, y explicar algunas cuestiones que hasta ahora eran
cabos sueltos.
En la nueva investigación, se muestra por primera vez que la
formación casi simultánea de dos galaxias puede llevar a una situación
en la que la radiación de la primera es capaz de destruir el hidrógeno
molecular en la segunda justo en el momento adecuado. De esta forma, se
puede formar una semilla de agujero negro masivo a través de colapso
directo en esta segunda galaxia, y dicho agujero negro puede aumentar su
masa de forma lo bastante rápida como para alcanzar valores del orden
de mil millones de veces la masa del Sol en la temprana época del
universo de la cual datan los citados agujeros supermasivos observados.
NCYT
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