¿De dónde vienen esas seductoras singularidades que desconciertan a los astrofísicos y al resto de nosotros? Claro, entendemos los procesos detrás agujeros negros de masa estelary cómo se forman a partir del colapso gravitacional de una estrella.
Pero, ¿qué pasa con los asombrosos gigantes en el centro de las galaxias, esos agujeros negros supermasivos (SMBH) que pueden llegar a ser miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol?
¿Cómo se hacen tan grandes?
Está bastante claro que los SMBH no comienzan siendo tan masivos. Deben crecer. Y en términos generales, solo hay dos formas en que puede suceder: se forma una estrella progenitora masiva, y con el tiempo, a través de fusiones y consumo, se vuelve lo suficientemente masiva como para convertirse algún día en un SMBH.
El problema es que los estudios muestran que las condiciones para la formación de estos progenitores masivos son raras y no pueden explicar la gran cantidad de SMBH que los astrónomos ven: uno en el centro de cada gran galaxia.
Los autores de un nuevo artículo creen que lo han descubierto mediante el uso de una poderosa supercomputadora.
“Nuestro nuevo modelo es capaz de explicar el origen de más agujeros negros que los estudios anteriores…”
Kazuyuki Omukai, coautor, Universidad de Tohoku
El documento se titula “Formación de estrellas supermasivas a través de acreción supercompetitiva en nubes ligeramente enriquecidas con metales.El autor principal del artículo es Sunmyon Chon, becario postdoctoral de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y la Universidad de Tohoku. El artículo se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Uno de los problemas con los agujeros negros supermasivos es que hay muchos de ellos. Los astrónomos están bastante seguros de que hay uno en el centro de todas las galaxias grandes. ¿Cómo pasamos de una estrella colapsada a algo tan extraordinariamente masivo?
Los autores de este nuevo estudio sugieren que las estrellas que son las precursoras de las SMBH pueden formarse en un conjunto de condiciones más amplio de lo que se pensaba anteriormente. Su teoría dice que estas estrellas precursoras crecen no solo acumulando gas interestelar, sino también tragando otras estrellas más pequeñas.
«Nuestro nuevo modelo puede explicar el origen de más agujeros negros que los estudios anteriores, y este resultado conduce a una comprensión unificada del origen de los agujeros negros supermasivos», dice Kazuyuki Omukai, coautor del estudio y profesor de la Universidad de Tohoku.
Todo comienza en nubes masivas de gas interestelar. Dentro de esas nubes, se pueden formar estrellas masivas debido al colapso por gravedad propia. Esas estrellas progenitoras eventualmente pueden evolucionar a SMBH.
Pero hay un problema con eso. Los estudios han demostrado que el escenario de colapso directo solo puede tener lugar en nubes con baja metalicidad, sin elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. La presencia de elementos más pesados como el oxígeno y el carbono cambia la dinámica de la nube de gas. Los metales enfrían la nube de gas y, cuando el gas colapsa por sí mismo, se fragmenta en nubes más pequeñas. Estas nubes más pequeñas luego conducen a la formación de estrellas más pequeñas, en lugar de una lo suficientemente masiva como para ser el precursor de un SMBH.
Entonces, el colapso directo de estas nubes de gas prístino no puede explicar todos los SMBH que vemos en el centro de las galaxias.
El equipo de Chon usó una poderosa supercomputadora para abordar esta pregunta. La computadora se llama “ATERUI II” y es operada por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El equipo realizó «simulaciones 3D de alta resolución a largo plazo para probar la posibilidad de que se puedan formar estrellas supermasivas incluso en gas enriquecido con elementos pesados», como dice en un artículo. presione soltar.
CRÉDITO: Sunmyon Chon
Los estudios anteriores eran parcialmente correctos, según esta simulación. Las nubes de gas masivas todavía se fragmentan, si hay suficiente metalicidad para enfriarlas, provocando la formación de muchas estrellas más pequeñas. Pero la simulación de Chon muestra que la fragmentación no es suficiente para evitar que se formen estrellas progenitoras masivas.
Su trabajo muestra que un fuerte flujo de gas hacia el centro de la nube atrae a las estrellas más pequeñas, para ser tragadas por las estrellas masivas del centro. De esta manera, a pesar de la fragmentación de la nube y la formación de estrellas más pequeñas, las nubes de gas de alta metalicidad aún pueden formar estrellas lo suficientemente masivas como para ser las progenitoras de las SMBH. Crecen lo suficientemente masivos en parte a través de la canibalización de las estrellas más pequeñas.
“Esta es la primera vez que mostramos la formación de un precursor de agujero negro tan grande en nubes enriquecidas en elementos pesados. Creemos que la estrella gigante así formada seguirá creciendo y evolucionando hasta convertirse en un agujero negro gigante”, dice Chon.
La simulación de Chon también resultó en la formación de una estrella que era 10.000 veces más masiva que nuestro Sol. Una estrella tan masiva ciertamente es lo suficientemente grande como para ser el progenitor de un SMBH.
Como escriben los autores en su artículo, “Incluso cuando se producen fragmentos
por el enfriamiento del polvo, se mueven con el gas entrante y finalmente se fusionan con las estrellas centrales. Por esta razón, el crecimiento de la masa estelar primaria es casi independiente de la metalicidad de la nube…”
Las estrellas gigantes son las precursoras de las SMBH que vemos en casi todas las galaxias grandes. Este estudio, a través de una poderosa simulación, muestra que estas estrellas precursoras pueden formarse más fácilmente en nubes de gas con mayor metalicidad que lo que muestra el trabajo anterior.
Si resiste un escrutinio más científico, es posible que tengamos nuestra respuesta para una de las preguntas más convincentes de la astronomía: ¿De dónde provienen los gigantescos agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias?
El siguiente: ¿Qué efecto tienen estos monstruos en las galaxias que los albergan?
Más:
- Presione soltar: Gran simulación encuentra un nuevo origen de agujeros negros supermasivos
- Trabajo de investigación: Formación estelar supermasiva a través de la acumulación supercompetitiva en nubes ligeramente enriquecidas con metales
- Universe Today: los astrónomos encuentran una galaxia que contiene tres agujeros negros supermasivos en el centro
