¿Pueden formarse agujeros negros supermasivos directamente?

Los astrónomos ahora piensan que hay un agujero negro supermasivo en el centro de casi cada galaxia del Universo. Estos agujeros negros pueden tener millones o incluso cientos de millones de veces la masa del Sol. Al contrario que los agujeros negros de masa estelar, las versiones supermasivas podrían haberse formado de forma distinta, partiendo de una nube de gas y llegando directamente a un agujero negro – saltándose por completo la fase de estrella.

Desde su descubrimiento, los astrónomos no saben con certeza cómo se formaron los agujeros negros supermasivos. Pero ahí están, dentro de la mayoría de galaxias. De hecho, las observaciones de quásar demuestran que los agujeros negros supermasivos estuvieron presentes en los inicios del universo. Los quásars son algunos de los objetos más brillantes del universo, resplandeciendo gracias a la radiación emitida por los agujeros negros supermasivos que consumen material de forma activa.
Una posibilidad es que estos monstruos tuviesen comienzos humildes, comenzando como estrellas masivas, pasando a supernovas, y entonces convirtiéndose en un agujero negro. Es un proceso que los astrónomos comprenden bastante bien. El problema con ésta teoría es que estos agujeros negros supermasivos iniciales deben haber estado creciendo de forma constante desde el principio, a la razón máxima predicha por los físicos. Y como vemos hoy, las galaxias pasan por fases activas y tranquilas dependiendo de cuándo está consumiendo material su agujero negro.
Pero existe una segunda posibilidad y es que estos agujeros negros se formasen directamente, acumulando tanto material que saltaran por completo la fase estelar.

El Dr. Mitchell C. Begelman, profesor del Departamenteo de Astrofísica y Ciencias Planetarias en la Universidad de Colorado en Boulder publicó recientemente un artículo titulado ¿Se formaron los agujeros negros por colapso directo? Este artículo esboza su teoría alternativa de formación de los agujeros negros en los inicios del universo.

Tras el Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente para que se empezasen a formar las primeras estrellas a partir del hidrógeno y helio original. Este era material puro, sin contaminar por las anteriores generaciones de estrellas. Los astrónomos han calculado que estas primeras estrellas, llamadas Población III, tendrían una razón máxima que que podría reunir el material para formar una estrella.

Pero, ¿qué pasaría si hubiese mucho más gas alrededor? Más allá de los límites que podrían formar una estrella.

Con una estrella normal, el material llega de forma relativamente lenta, creando una masa central. Con una masa suficiente, la estrella se enciende y esto crea una presión hacia fuera que evita que el material se compacte demasiado.

Pero el Dr. Begelman ha calculado que si la razón de entrada supera sólo por una décimas la masa solar por año, el núcleo estelar estaría tan fuertemente unido que la energía liberada por la fusión no sería suficiente para evitar que el núcleo continuase su contracción. Nunca sería una estrella, pasaría de una nube de hidrógeno a una masa centra fuertemente unida. Y entonces a un agujero negro.

La cuestión es, ¿sería posible tener el material junto tan rápidamente? Puede, si algo lo empuja… como la materia oscura. De acuerdo con el Dr. Begelman, podría haber varias situaciones donde una fuerza externa, como la gravedad de un gran halo de materia oscura, podría forzar al gas hacia un área central. De hecho, el material se ha calculado que cae al agujero negro con esta rapidez, dado que esta es la razón que toma para dar energía a los quásars. Pero la pregunta es si funcionará si el agujero negro no está allí o es verdaderamente pequeño.

Una vez hay varias masas solares de gas acumulado, el núcleo comienza a menguar bajo el tirón de su masa incrementada. El objeto pasa por un breve periodo de fusión nuclear cuando alcanza las 100 masas solares, pero pasa por esta fase tan rápidamente que no tiene opción de expandirse de nuevo.

Finalmente el objeto alcanza varios miles de masas solares, y su temperatura ha llegado a varios cientos de millones de grados. En este punto, la gravedad finalmente toma el mando, colapsando el núcleo, y convirtiendo el objeto en un agujero negro de una masa de 10 a 20 soles el cual entonces comienza a consumir la masa alrededor de él.

A partir de este punto, el agujero negro es capaz de arrastrar más material de forma eficiente, creciendo a los máximos niveles predichos por los físicos, finalmente uniendo millones de veces la masa del Sol. Si cae demasiado material, el agujero negro supermasivo recién formado podría actuar como un mini-quásar – a lo que el Dr. Begelman ha llamado “quasiestrella” – brillando con la radiación del material de los alrededores del agujero negro que cae en él.

Y aquí están las buenas noticias: estas quasiestrellas podrían ser detectables por potentes telescopios. Sin embargo, tendrían unas vidas muy cortas, durando sólo 100 000 años. Podrían ser ligeramente detectables por el próximo Telescopio Espacial James Webb.



Artículo en Arxiv

Autor: Fraser Cain
Fecha Original: 7 de septiembre de 2007
Enlace Original

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