10 de agosto de 2009
KIPAC/ SLAC/ M. Alvarez, T. Abel & J. Wise
Una nueva simulación por supercomputadora, diseñada para rastrear el destino de los primeros agujeros negros del Universo, encontró que, en contra de las expectativas, no pueden atiborrarse de gas de manera eficiente. Los resultados tienen implicaciones para la comprensión de la formación de galaxias y de los gigantescos agujeros negros que residen en sus centros.
“Las primeras estrellas eran mucho más masivas que la mayoría de las estrellas que vemos hoy, más de 100 veces la masa del Sol”, dijo John Wise, becario de postdoctorado en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt, Maryland, y uno de los autores del estudio. “Por primera vez, fuimos capaces de simular en detalle lo que ocurre con el gas alrededor de las estrellas, antes y después de que formen agujeros negros”.
La intensa radiación y fuertes flujos provenientes de estas estrellas masivas causan que el gas de sus alrededores se disipe. “Estas estrellas esencialmente barrieron la mayor parte del gas en sus proximidades”, dijo Wise. Una fracción de estas primeras estrellas no terminó su vida en grandes explosiones de supernovas. En lugar de ello, colapsaron directamente en agujeros negros.
Pero los agujeros negros nacidos en una cavidad y, también, con poco gas para alimentarse, crecieron muy lentamente. “Durante los 200 millones de años de nuestra simulación, un agujero negro de 100 masas solares creció menos del uno por ciento de su masa”, dijo Marcelo Álvarez, el autor principal del estudio, del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología, ubicado en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía, en Menlo Park, California.
Esta simulación, que se realizó en una supercomputadora del SLAC, es la más detallada hasta la fecha. A partir de datos obtenidos de observaciones de la radiación cósmica de fondo – un destello de luz que se produjo 380.000 años después del big bang que presenta la primera vista de la estructura cósmica -, los investigadores aplicaron las leyes básicas que rigen la interacción de la materia y permitieron a sus modelo del Universo temprano evolucionar. La compleja simulación incluye hidrodinámica, reacciones químicas, absorción y emisión de radiación y formación de estrellas.
En la simulación, el gas cósmico se juntó lentamente bajo la fuerza de la gravedad y eventualmente formó las primeras estrellas. Estas estrellas masivas y calientes se quemaron por un corto tiempo, emitiendo tanta energía en forma de luz estelar que empujaron lejos a las nubes de gas de sus proximidades.
Estas estrellas no podían sostener esa fiera existencia por mucho tiempo y pronto agotaron su combustible interior. Una de las estrellas en la simulación colapsó para formar un agujero negro. Con sólo pequeñas cantidades de gas cerca, el agujero negro, fundamentalmente, “sufrió hambre” de materia para crecer.
Sin embargo, a pesar de su estricta dieta, el agujero negro tuvo un efecto drástico en sus alrededores. Esto fue revelado a través de un aspecto clave de la simulación denominado realimentación radiativa, que da cuenta de la forma en la cual los rayos X emitidos por el agujero negro afectaron el gas distante.
Incluso estando en dieta, un agujero negro produce enorme cantidad de rayos X. Esta radiación, no sólo evita que el gas próximo caiga, sino que también calientra el gas a un centenar de años luz de distancia en varios miles de grados. El gas caliente no puede unirse para formar nuevas estrellas. “Aunque el agujero negro no esté creciendo significativamente, su radiación es suficientemente intensa como para apagar la formación de estrellas por decenas o tal vez incluso por centenas de millones de años”, dijo Álvarez.
El estudio, que se publicará en un próximo número de The Astrophysical Journal Letters, muestra que los primeros agujeros negros tenían un papel sorprendentemente complejo en la configuración del Universo.
“Estoy encantado que ahora podamos hacer cálculos que empiezan a capturar la física más relevante, y podamos demostrar cuáles ideas funcionan y cuáles no”, dijo el coautor Tom Abel, también del Kavli. “En el próximo decenio, utilizando cálculos de este tipo, vamos a resolver algunas de las cuestiones más importantes relacionadas con el rol de los agujeros negros en el Universo”.
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Etiquetas: agujero negro, estrellas
