Es uno de los acertijos de la cosmología y la evolución estelar: cómo los agujeros negros supermasivos se volvieron tan ... bueno, supermasivo ...en el Universo temprano, cuando aparentemente todavía no había pasado suficiente tiempo para que acumularan su masa solo a través de procesos de acreción constantes. Se necesita un tiempo para consumir miles de millones de masas de materia solar, incluso con un apetito saludable y mucho al alcance gravitacional. Pero, sin embargo, allí están: los agujeros negros de monstruos son comunes en algunas de las galaxias más distantes, haciendo alarde de su crecimiento precoz incluso cuando el Universo estaba celebrando su milésimo aniversario.
Ahora, los hallazgos recientes de investigadores de Caltech sugieren que estas antiguas PYMES se formaron por la muerte de ciertos tipos de estrellas gigantes primordiales, dinosaurios estelares exóticos que crecieron y murieron jóvenes. Durante su colapso violento no solo uno sino dos Se forman agujeros negros, cada uno de los cuales reúne su propia masa antes de finalmente combinarse en un solo monstruo supermasivo.
Vea una simulación y descubra más sobre cómo sucede esto a continuación:
De un artículo de noticias de Caltech de Jessica Stoller-Conrad:
Para investigar los orígenes de los agujeros negros supermasivos jóvenes, Christian Reisswig, becario postdoctoral de la NASA Einstein en Astrofísica en Caltech y Christian Ott, profesor asistente de astrofísica teórica, recurrieron a un modelo que involucra estrellas supermasivas. Se supone que estas estrellas gigantes, más bien exóticas, existieron por un breve tiempo en el Universo temprano.
Leer más: ¿Cómo los agujeros negros se vuelven súper masivos?
A diferencia de las estrellas ordinarias, las estrellas supermasivas se estabilizan contra la gravedad principalmente por su propia radiación de fotones. En una estrella muy masiva, la radiación de fotones, el flujo de fotones hacia afuera que se genera debido a las temperaturas interiores muy altas de la estrella, empuja el gas desde la estrella hacia afuera en oposición a la fuerza gravitacional que empuja el gas hacia adentro.
Durante su vida, una estrella supermasiva se enfría lentamente debido a la pérdida de energía a través de la emisión de radiación de fotones. A medida que la estrella se enfría, se vuelve más compacta y su densidad central aumenta lentamente. Este proceso dura un par de millones de años hasta que la estrella ha alcanzado la compacidad suficiente para que se establezca la inestabilidad gravitacional y para que la estrella comience a colapsar gravitacionalmente.
Estudios previos predijeron que cuando las estrellas supermasivas colapsan, mantienen una forma esférica que posiblemente se aplana debido a la rotación rápida. Esta forma se llama configuración axisimétrica. Al incorporar el hecho de que las estrellas que giran muy rápidamente son propensas a pequeñas perturbaciones, Reisswig y sus colegas predijeron que estas perturbaciones podrían causar que las estrellas se desvíen haciano-formas asimétricas durante el colapso. Tales perturbaciones iniciales pequeñas crecerían rápidamente, causando finalmente que el gas dentro de la estrella colapsante se aglomere y forme fragmentos de alta densidad.
"El crecimiento de agujeros negros a escamas supermasivas en el universo joven solo parece posible si la masa" semilla "del objeto colapsante ya era lo suficientemente grande".
- Christian Reisswig, becario postdoctoral de la NASA Einstein en Caltech
Estos fragmentos orbitarían el centro de la estrella y se volverían cada vez más densos a medida que recogieran materia durante el colapso; También aumentarían la temperatura. Y luego, dice Reisswig, "se produce un efecto interesante". A temperaturas suficientemente altas, habría suficiente energía disponible para unir electrones y sus antipartículas, o positrones, en lo que se conoce como pares electrón-positrón. La creación de pares electrón-positrón causaría una pérdida de presión, acelerando aún más el colapso; Como resultado, los dos fragmentos en órbita se volverían tan densos que se podría formar un agujero negro en cada grupo. El par de agujeros negros podría girar alrededor del otro antes de fusionarse para convertirse en un gran agujero negro.
"Este es un nuevo hallazgo", dice Reisswig. "Nadie ha predicho que una sola estrella en colapso podría producir un par de agujeros negros que luego se fusionen".
Estos hallazgos fueron publicados en Cartas de revisión física la semana del 11 de octubre. Fuente: artículo de noticias de Caltech por Jessica Stoller-Conrad.
