Agujeros negros supermasivos formados directamente a partir de enormes corrientes de gas frío


En el límite del espacio conocido se encuentran los cuásares. Son potentes motores cósmicos capaces de crear intensos rayos de luz a lo largo de miles de millones de años luz. Y están alimentados por agujeros negros supermasivos (SMBH). La mayoría de las galaxias tienen un SMBH, incluida nuestra propia galaxia, pero para que los cuásares sean tan poderosos, sus SMBH deben haberse vuelto muy grandes muy rápidamente. Todavía estamos aprendiendo cómo se formaron. Durante mucho tiempo pensamos que su formación involucró un conjunto especial de circunstancias, pero un nuevo estudio muestra que los primeros cuásares podrían haberse formado únicamente a partir de gas frío y oscuro.

El mayor misterio sobre los cuásares es su juventud y poder. En las últimas dos décadas, los astrónomos han descubierto cuásares tan distantes que deben haber estado activos menos de mil millones de años después del Big Bang. Su intenso poder indicaba que debían tener miles de millones de masas solares. ¿Cómo pudieron formarse tan rápidamente objetos tan masivos en el universo primitivo?

Simulación por computadora que muestra la formación de un cuásar. Crédito: Universidad de Portsmouth

La teoría más común ha sido que se formaron a partir de los restos de estrellas supermasivas. El universo primitivo era mucho más denso de lo que es hoy y, en las condiciones adecuadas, algunas estrellas primitivas tenían masas de más de 100 000 soles. Estas estrellas vivieron vidas breves antes de colapsar para convertirse en un agujero negro de masa intermedia. Estos agujeros negros luego se convirtieron en las semillas de los primeros cuásares. El problema con esta idea es que las estrellas supermasivas habrían sido raras. Quizás demasiado raro para dar cuenta de todos los cuásares distantes que vemos hoy.

Este nuevo estudio analizó simulaciones por computadora de gas hidrógeno y helio en los albores del cosmos, particularmente las regiones turbulentas que se formaron a través de la compleja danza de la gravedad y la expansión cósmica. En el universo primitivo, la gravedad y la expansión crearon las semillas de las galaxias al crear cúmulos de gas conectados por filamentos. El gas fluyó a lo largo de los filamentos a medida que crecían los racimos. El equipo descubrió que la turbulencia de estos flujos retrasó la formación de estrellas, hasta que las nubes de gas fueron lo suficientemente densas como para colapsar por su propio peso, lo que provocó la formación de un agujero negro masivo. A través de este proceso, se podría formar un agujero negro de mil millones de masas solares en el lapso de unos pocos cientos de millones de años. Además, este proceso era bastante común y no requería las condiciones especiales de otros modelos SMBH.

Entonces, parece que el mismo proceso que creó los cúmulos de galaxias que vemos hoy también formó las semillas de los agujeros negros supermasivos y los primeros cuásares poderosos. Lo que ayuda a explicar por qué los primeros cuásares son tan comunes y por qué la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos.

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