40 quintillones de agujeros negros de masa estelar acechan en el universo, según un nuevo estudio


Los científicos han estimado la cantidad de agujeros negros «pequeños» en el universo. Y no es sorpresa: es mucho.

Este número puede parecer imposible de calcular; después de todo, detectar agujeros negros no es precisamente la tarea más sencilla. Debido a que son tan oscuros como el espacio en el que acechan, los goliat cósmicos que se tragan la luz solo se pueden detectar en las circunstancias más extraordinarias, como cuando están desviando la luz a su alrededor, comiendo los desafortunados gases y estrellas que desviarse demasiado cerca, o girar en espiral hacia enormes colisiones que desencadenan ondas gravitacionales.

Pero eso no ha impedido que los científicos encuentren formas ingeniosas de adivinar el número. Usando un nuevo método, descrito el 12 de enero en The Astrophysical Journal, un equipo de astrofísicos produjo una nueva estimación de la cantidad de agujeros negros de masa estelar, aquellos con masas de 5 a 10 veces la del sol, en el universo.

Y es asombroso: 40.000.000.000.000.000.000, o 40 quintillones de agujeros negros de masa estelar pueblan el universo observable, constituyendo aproximadamente el 1% de toda la materia normal, según la nueva estimación.

Entonces, ¿cómo llegaron los científicos a ese número? Al rastrear la evolución de las estrellas en nuestro universo, estimaron con qué frecuencia las estrellas, ya sea solas o emparejadas en sistemas binarios, se transformarían en agujeros negros, dijo el primer autor Alex Sicilia, astrofísico de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA). ) en Trieste, Italia.

«Este es uno de los primeros, y uno de los más sólidos, cálculos ab initio [desde cero] de la función de masa del agujero negro estelar en la historia cósmica», dijo Sicilia en un comunicado.

Para hacer un agujero negro, debe comenzar con una estrella grande, una con una masa de aproximadamente cinco a 10 veces la del sol. A medida que las grandes estrellas llegan al final de sus vidas, comienzan a fusionar elementos cada vez más pesados, como el silicio o el magnesio, dentro de sus núcleos ardientes. Pero una vez que este proceso de fusión comienza a formar hierro, la estrella está en camino a una autodestrucción violenta. El hierro consume más energía para fusionarse de la que emite, lo que hace que la estrella pierda su capacidad de empujar contra las inmensas fuerzas gravitatorias generadas por su enorme masa. Se colapsa sobre sí mismo, empaquetando primero su núcleo, y luego toda la materia cercana a él, en un punto de dimensiones infinitesimales e infinita densidad: una singularidad. La estrella se convierte en un agujero negro, y más allá de un límite llamado horizonte de sucesos, nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción gravitatoria.

Para llegar a su estimación, los astrofísicos modelaron no solo las vidas, sino también las vidas previas de las estrellas del universo. Utilizando estadísticas conocidas de varias galaxias, como sus tamaños, los elementos que contienen y los tamaños de las nubes de gas en las que se formarían las estrellas, el equipo construyó un modelo del universo que reflejaba con precisión los diferentes tamaños de estrellas que se formarían. y con qué frecuencia se crearían.

Después de precisar la tasa de formación de estrellas que eventualmente podrían transformarse en agujeros negros, los investigadores modelaron la vida y la muerte de esas estrellas, utilizando datos como su masa y un rasgo llamado metalicidad, la abundancia de elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio. para encontrar el porcentaje de estrellas candidatas que se transformarían en agujeros negros. Al observar también las estrellas emparejadas en sistemas binarios y al calcular la velocidad a la que los agujeros negros pueden encontrarse y fusionarse, los investigadores se aseguraron de que no estaban contando dos veces ningún agujero negro en su encuesta. También descubrieron cómo estas fusiones, junto con el picoteo de los agujeros negros en el gas cercano, afectarían la distribución del tamaño de los agujeros negros que se encuentran en todo el universo.

Con estos cálculos en la mano, los investigadores diseñaron un modelo que rastreó la distribución de la población y el tamaño de los agujeros negros de masa estelar a lo largo del tiempo para darles su número deslumbrante. Luego, al comparar la estimación con los datos tomados de ondas gravitacionales, u ondas en el espacio-tiempo, formadas por fusiones de agujeros negros y estrellas binarias, los investigadores confirmaron que su modelo concordaba bien con los datos.

Los astrofísicos esperan usar la nueva estimación para investigar algunas preguntas desconcertantes que surgen de las observaciones del universo primitivo, por ejemplo, cómo el universo primitivo se pobló tan rápidamente por agujeros negros supermasivos, a menudo con masas millones o incluso miles de millones de veces mayor. que los agujeros de masa estelar que los investigadores examinaron en este estudio, tan poco tiempo después del Big Bang.

Debido a que estos gigantescos agujeros negros provinieron de la fusión de agujeros negros de masa estelar más pequeños, o ‘semillas’ de agujeros negros, los investigadores esperan que una mejor comprensión de cómo se formaron los pequeños agujeros negros en el universo primitivo podría ayudarlos a descubrir los orígenes de sus primos supermasivos.

«Nuestro trabajo proporciona una teoría sólida para la generación de semillas ligeras para agujeros negros supermasivos con un alto desplazamiento al rojo [más atrás en el tiempo], y puede constituir un punto de partida para investigar el origen de las «semillas pesadas», que seguiremos en un próximo artículo. papel», dijo Lumen Boco, astrofísico de SISSA, en el comunicado.

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