En algunas de las partes más pobladas del universo, los agujeros negros pueden estar destrozando miles de estrellas y usando sus restos para acumular peso. Este descubrimiento, realizado con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, podría ayudar a responder preguntas clave sobre una clase esquiva de agujeros negros.
Si bien los astrónomos han encontrado previamente muchos ejemplos de agujeros negros que destrozan estrellas, se ha visto poca evidencia de destrucción a una escala tan grande. Este tipo de demolición estelar podría explicar cómo se forman agujeros negros de tamaño medio a través del crecimiento descontrolado de un agujero negro mucho más pequeño.
Los astrónomos han realizado estudios detallados de dos clases distintas de agujeros negros. La variedad más pequeña son los agujeros negros de “masa estelar” que normalmente pesan entre 5 y 30 veces la masa del Sol. En el otro extremo del espectro están los agujeros negros supermasivos que viven en medio de la mayoría de las galaxias grandes, con un peso de millones o incluso miles de millones de masas solares. En los últimos años, también ha habido evidencia de que existe una clase intermedia llamada agujeros negros de “masa intermedia”.
El último estudio, utilizando datos de Chandra de densos cúmulos estelares en los centros de 108 galaxias, proporciona evidencia sobre dónde podrían formarse estos agujeros negros de tamaño medio y cómo crecen.
“Cuando las estrellas están tan juntas como en estos cúmulos extremadamente densos, proporcionan un caldo de cultivo viable para los agujeros negros de masa intermedia”, dijo Vivienne Baldassare de la Universidad Estatal de Washington en Pullman, Washington, quien dirigió el estudio. “Y parece que cuanto más denso es el cúmulo de estrellas, más probable es que contenga un agujero negro en crecimiento”.
El trabajo teórico del equipo implica que si la densidad de estrellas en un cúmulo, el número empaquetado en un volumen dado, está por encima de un valor umbral, un agujero negro de masa estelar en el centro del cúmulo experimentará un rápido crecimiento a medida que se acerca. , tritura e ingiere las estrellas abundantes en las proximidades.
De los cúmulos en el nuevo estudio de Chandra, los que tenían una densidad por encima de este umbral tenían aproximadamente el doble de probabilidades de contener un agujero negro en crecimiento que los que estaban por debajo del umbral de densidad. El umbral de densidad depende también de la rapidez con la que se mueven las estrellas en los cúmulos.
“Este es uno de los ejemplos más espectaculares que hemos visto de la naturaleza insaciable de los agujeros negros, porque miles o decenas de miles de estrellas pueden consumirse durante su crecimiento”, dijo Nicholas C. Stone, coautor de la Universidad Hebrea. Universidad de Jerusalén. “El crecimiento desbocado solo comienza a desacelerarse una vez que el suministro de estrellas comienza a agotarse”.
Otras formas en que los científicos han considerado que podrían formarse agujeros negros masivos en el centro de las galaxias incluyen el colapso de una nube gigantesca de gas y polvo o el colapso de estrellas de gran tamaño directamente en un agujero negro de tamaño mediano. Ambas ideas requieren condiciones que los científicos creen que solo existieron en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang.
El proceso sugerido por el último estudio de Chandra puede ocurrir en cualquier momento de la historia del universo, lo que implica que los agujeros negros de masa intermedia pueden formarse miles de millones de años después del Big Bang, hasta el día de hoy.
El crecimiento de agujeros negros en densos cúmulos estelares también podría explicar la detección de ondas gravitacionales por parte del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) de algunos agujeros negros con masas entre 50 y 100 veces la del Sol. Tales agujeros negros no son predichos por la mayoría de los modelos del colapso de estrellas masivas.
“Nuestro trabajo no prueba que el crecimiento descontrolado de agujeros negros ocurra en los cúmulos estelares”, dijo Adi Foord, coautor de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California. “Pero con observaciones de rayos X adicionales y modelos teóricos adicionales, podríamos hacer un caso aún más fuerte”.
Un artículo que describe estos resultados fue aceptado en The Astrophysical Journal.
