Seguramente en alguna ocasión hayan oido hablar de agujeros negros supermasivos, o tal vez no. Independientemente, ¿cómo de grandes son estos objetos? Los agujeros negros típicos se forman a partir de una masa estelar que viene dada por el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff que, fórmulas aparte, está estimado en un mínimo que oscila entre 1,5 y 3,0 masas solares. Por otro lado, los supermasivos pueden contener decenas de miles de masas solares, incluso se habla de miles de millones de masas solares. Mientras que los agujeros negros típicos pueden encontrarse en cualquier lugar, los supermasivos suelen habitar en el centro de grandes galaxias; en la Vía Láctea lo hay, y tiene una masa de 4 millones de veces la del Sol.
Para que se forme un agujero negro tiene que haber una evolución estelar ya que es el último estadio de una estrella. Es decir, la estrella nace a partir de una nube de gas, entra en una fase estable, luego, una vez consumido el hidrógeno, se convierte en gigante roja hasta que se desestabiliza y en ese momento, dependiendo de su masa, su final puede ser en forma de nebulosa planetaria, de supernova, o de agujero negro, por lo que generalmente deben de pasar varios miles de millones de años para que, desde el nacimiento de la estrella, se forme el agujero negro.
Impresión artística de un agujero negro supermasivo. Créditos: ESA/NASA, the AVO project and Paolo Padovani (ampliar imagen).
Pero de vez en cuando aparecen situaciones que no tienen demasiado sentido, como por ejemplo los agujeros negros supermasivos que se formaron en el universo temprano, esto es, cuando tenía unos 1.000 millones de años, un 7% de la edad actual estimada en 13.500 millones de años. Teóricamente, no hay tiempo suficiente para que se formen y durante años, los astrónomos han debatido cómo se han podido formar tan rápido. La solución a este dilema puede estar próxima debido a la observación de dos objetos que representan el posible nacimiento de sendos agujeros negros supermasivos en el universo temprano.
El equipo de astrónomos que observó estos dos objetos utilizó datos de los telescopios espaciales Chandra (NASA), Hubble (NASA/ESA) y Spitzer (NASA). Según las estimaciones, el universo tenía unos 1.000 millones de años de edad en esos momentos y la masa de estos posibles agujeros negros supermasivos es de unas 100.000 veces la del Sol. Resulta prometedor. «Si se confirma nuestro descubrimiento, podría explicar cómo nacieron esos agujeros negros monstruosos», comenta Fabio Pacucci, de la Escuela Normal Superior de Pisa (Italia) y autor principal del artículo que expone la investigación (F. Pacucci et al., 2016, MNRAS 459 1432-1439).
Imagen del telescopio espacial Chandra que muestra uno de los dos proto agujeros negros supermasivos, llamado OBJ29323. Créditos: NASA/CXC/Scuola Normale Superiore/Pacucci (ampliar imagen).
Existen dos teorías fundamentalmente que intentan explicar la formación de agujeros negros supermasivos en el universo temprano:
1) La estrella parte con una masa inicial de entre 10 y 100 veces la del Sol, y se espera a que con el paso del tiempo colapse. Entonces, el agujero negro crece a través de fusiones con otros agujeros negros más pequeños. Sin embargo, tendrían que crecer de una manera inusualmente rápida para llegar a la masa de los agujeros negros supermasivos, y 1.000 millones de años no es tiempo suficiente.
2) Todo comienza con el colapso de una gran nube de gas que termina formando un protoagujero negro de unas 100.000 veces la masa del Sol, donde su crecimiento tiene lugar en un proceso mucho más rápido.
Impresión artística de un posible protoagujero negro supermasivo. Créditos: NASA/CXC/M. Weiss (ampliar imagen).
«Existe una gran controversia sobre qué camino toman estos agujeros negros y nuestro trabajo sugiere que estamos convergiendo en una respuesta donde los grandes agujeros negros comienzan a crecer con una tasa normal que luego aumenta para crecer a un ritmo muy rápido», explica Andrea Ferrara, investigador de la Escuela Normal Superior de Pisa y coautor del artículo.
Los protoagujeros negros son muy dificiles de encontrar y confirmar su detección es muy complicado, y a pesar de que estos dos objetos coinciden con las predicciones teóricas, se necesitan más observaciones para confirmar su verdadera naturaleza y así poder distinguir totalmente entre las dos teorías de formación, o incluso descartarlas y formular la teoria correcta, por lo tanto será necesario encontrar más candidatos.
Referencias:
– First Identification of Direct Collapse Black Hole Candidates in the Early Universe in CANDELS/GOODS-S (F. Pacucci et al., 2016, Montly Notices of the Royal Astronomical Society 459 1432-1439).
– Supermassive Black Holes in the Early Universe (Fulvio Melia & Thomas M. McClintock, 2015, Proceedings of the Royal Society of London 471 2184)
– Static Solutions of Einstein’s Field Equations for Spheres of Fluid (R.C. Tolman, 1939, Physical Review 55 364).
– On Massive Neutron Cores (J. R. Oppenheimer & G. M. Volkoff, 1939, Physical Review 55 374).
– Hubble finds clues to the birth of supermassive black holes.
– NASA Telescopes Find Clues For How Giant Black Holes Formed So Quickly.
– Discovering missing black holes: First Science from a Virtual Observatory.
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