Proponen un posible origen para los enormes
cuerpos situados en el centro de muchas galaxias: corrientes
supersónicas de gas formado tras el origen del Universo se acumularon y
colapsaron, generando estos objetos
Un equipo internacional de investigadores ha conseguido elaborar una simulación de ordenador para explicar y recrear la formación de los primeros agujeros negros supermasivos, esas colosales acumulaciones de energía y masa (que tienen una masa comparable a la de cientos o miles de millones de soles) y que están en el centro de muchas galaxias, como la Vía Láctea. El estudio, publicado este jueves en Science, ha mostrado que corrientes de gas supersónicas formadas tras el Big Bang podrían ser la explicación para la aparición de estos objetos tan importantes en la evolución del Universo.
«Es un avance significativo», ha dicho en un comunicado Naoki Yoshida, primer autor del estudio e investigador en el Insituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo. «El origen de los monstruosos agujeros negros siempre ha sido un misterio y ahora tenemos una posible solución».
Los astrónomos han podido ver agujeros negros supermasivos situados a una distancia de 13.000 millones de años luz, cuando el Universo apenas tenía el cinco por ciento de su edad actual. Pero ninguna de sus teorías ha podido explicar hasta ahora cómo fue el nacimiento de estos cuerpos en aquellas etapas tempranas. Esto implica que se desconoce una parte importante de cómo nació el Universo visible hoy en día y de que las teorías han pasado algo muy importante por alto.
La semilla: el colapso gravitacional
Los científicos han dado varias posibles explicaciones. Sugirieron que los agujeros negros supermasivos podrían haberse formado tras la muerte de la primera generación de estrellas que apareció en el Universo. O bien que su origen estaría en la nube de gas primordial, esa masa de gas formada tras el Big Bang, antes que las estrellas. De acuerdo con esta idea, podría ser que el nacimiento de los agujeros negros estuviera relacionado con el colapso gravitacional de este gas. ¿Qué quiere decir esto? Este colapso ocurre cuando una gran acumulación de masa genera una atracción gravitacional tan fuerte que incluso supera la capacidad de resistencia de los átomos. Por eso, en teoría, el colapso progresa fuera de control y sin que nada pueda detenerlo hasta generar una singularidad: el agujero negro.
Acumulación de materia oscura (arriba) y de gas primordial (abajo), que luego darían lugar a un agujero negro- Shingo Hirano
En esta ocasión, Yoshida y su compañero Shingo Hirano, investigador en la Universidad de Texas, Austin (EE.UU.), se fijaron en un posible mecanismo para generar agujeros negros supermasivos con una velocidad suficiente. La clave fue tener en cuenta el movimiento supersónico del gas atrapado por la materia oscura, esa extraña entidad que genera gravedad en el tejido del Universo pero que no está asociada a nada que pueda verse directamente a través de ningún instrumento.
Matemáticas para ver más lejos
De momento, no hay forma de ver lo que ocurrió directamente cuando el Universo estaba dando sus primeros pasos, y quizás nunca sea posible. Pero los científicos pueden desarrollar modelos de ordenador para usar los datos recogidos por los astrónomos y obtener resultados. Guardando las distancias, el proceso recuerda al funcionamiento de una «Thermomix»: se introducen datos (ingredientes) y la máquina los procesa (siguiendo las instrucciones de una «receta») para obtener resultados también en forma de números (la comida procesada). Si resulta que estas conclusiones son compatibles con las cosas que se observan a través de los telescopios, es porque el modelo ha dado con una explicación, al menos plausible, sobre lo que se está estudiando: en este caso el origen de los agujeros negros supermasivos más antiguos.
En esta ocasión, y gracias a los masivos cálculos de un supercomputador, las simulaciones mostraron que solo 100 millones de años después del Big Bang se formó una gran acumulación de materia oscura. Las corrientes de gas supersónicas, originadas en la gran explosión, fueron capturadas por estas acumulaciones de masa. Así, en tiempos muy breves, el gas se concentró y formó enormes y turbulentas nubes de gas, en cuyo interior se pudieron formar rápidamente los gérmenes de estrellas inmensas.
«Una vez que llegaron a una masa de 34.000 soles, las estrellas colapsaron por su propia gravedad, y dieron paso a agujeros negros», ha dicho Yoshida. «Estos agujeros negros masivos nacidos en el Universo temprano continuaron creciendo y fundiéndose con otros hasta convertirse en agujeros negros supermasivos», ha propuesto el astrofísico. Estos son los que podemos ver hoy en día a través de potentes telescopios.
La densidad de los agujeros negros
Las simulaciones son simulaciones y la realidad es la realidad. Pero lo cierto es que el modelo usado por estos investigadores ha predicho un Universo en el que habría un número de agujeros negros supermasivos similar al que realmente existe: con una densidad de cerca de uno por cada 3.000 millones al cubo de años luz (este es el volumen que queda comprendido en un cubo de 3.000 millones de años luz de lado).
Esta investigación será importante para las futuras investigaciones que analicen el crecimiento de grandes agujeros negros. Además, se espera que en los próximos años el potente telescopio espacial James Webb acelere este área gracias a su capacidad de observar el Universo más lejano y por tanto más antiguo.
Así las cosas, parece que con el Big Bang, en un instante imposible el tiempo comenzó a correr. Y con él la materia, la energía y el espacio «brotaron» en todas direcciones. Desde un punto singular en el que se concentraba toda la energía, en cuestión de segundos la expansión permitió la aparición de los átomos más sencillos posibles: los de hidrógeno y helio. En teoría, hicieron falta miles de millones de años para que apareciera la luz, y para que el gas primordial se aglutinase y formase estrellas, galaxias y también agujeros negros. Pero, ¿cómo ocurrió esto? ¿Cuándo y por qué aparecieron los primeros agujeros negros supermasivos? Esto es lo que aun se está tratando de comprender. La receta para lograrlo pasa por usar telescopios cada vez más potentes, y quizás valerse de la información de las ondas gravitacionales, y hacer simulaciones por odenador que puedan explicar los fenómenos que sí que se pueden observar.
ABC
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