Descubre cómo los agujeros negros supermasivos se formaron en el universo temprano.
Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han revelado una teoría que podría explicar la presencia de agujeros negros supermasivos en las etapas iniciales del universo, observados por el telescopio espacial Webb.
Estos colosales agujeros negros podrían haberse originado de agujeros negros menores a través de la acumulación de gas y estrellas, así como de fusiones con otros agujeros negros a lo largo de miles de millones de años.
Publicado en la revista Physical Review Letters, el estudio sugiere que la materia oscura podría haber jugado un rol crucial al impedir que el hidrógeno se enfriara lo suficiente, evitando que la gravedad lo condensara en nubes lo suficientemente grandes y densas para formar estrellas, favoreciendo en cambio la formación de agujeros negros.
“Qué sorprendente ha sido encontrar un agujero negro supermasivo con mil millones de masas solares cuando el universo en sí tiene solo 500 millones de años”, comentó Alexander Kusenko, profesor de física y astronomía en la UCLA.
Algunos expertos han propuesto que una vasta nube de gas podría colapsar directamente en un agujero negro supermasivo, omitiendo los procesos prolongados de quema, acreción y fusiones estelares.
Sin embargo, enfrentan el dilema de que la gravedad, si bien puede unir una gran nube de gas, no la convierte en una sola entidad, sino que forma pequeños halos que flotan próximos entre sí sin generar un agujero negro.
El enfriamiento rápido del gas es crucial aquí. Mientras el gas permanece caliente, su presión puede resistir la gravedad. Pero si se enfría, la presión cae y la gravedad puede dominar en múltiples pequeñas áreas, que colapsan en objetos densos antes de que la gravedad pueda amalgamar toda la nube en un único agujero negro.
“La rapidez con la que se enfría el gas tiene mucho que ver con la cantidad de hidrógeno molecular”, explicó Yifan Lu, estudiante de doctorado y primer autor del estudio.
Estudio de los Agujeros Negros Supermasivos
Lu y el investigador postdoctoral Zachary Picker diseñaron un modelo computacional para analizar todos los procesos involucrados en este escenario y descubrieron que la radiación adicional puede calentar el gas y disociar las moléculas de hidrógeno, alterando el proceso de enfriamiento del gas.
“Si se agrega radiación en un cierto rango de energía, se destruye el hidrógeno molecular y se crean condiciones que evitan la fragmentación de grandes nubes”, añadió Lu.
La fuente de esta radiación podría estar en la materia oscura, compuesta mayoritariamente por partículas aún no identificadas y detectada por sus efectos gravitacionales y la curvatura de la luz de fuentes distantes.
Esta materia podría incluir partículas inestables que se desintegran en fotones, los cuales disocian el hidrógeno molecular y previenen un enfriamiento excesivo del gas.
“Esta podría ser la solución a por qué los agujeros negros supermasivos se encuentran muy pronto”, concluyó Picker.
“Si eres optimista, también podrías ver esto como evidencia positiva de un tipo de materia oscura. Si estos agujeros negros supermasivos se formaron por el colapso de una nube de gas, tal vez la radiación adicional requerida tendría que provenir de la física desconocida del sector oscuro”.