Los primeros agujeros negros pudieron haberse incubado en capullos gigantescos similars a estrellas

24 de noviembre de 2009

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Mitchell Begelman

Los primeros grandes agujeros negros en el Universo parecen haberse formado y crecido dentro de gigantescos capullos parecidos a estrellas, que contuvieron su poderosa radiación de rayos X y evitaron que los gases circundantes se escaparan, según un nuevo estudio liderado por la Universidad de Colorado en Boulder (CU-Boulder).

El proceso de formación involucró dos estados, dijo Mitchell Begelman, profesor a cargo del departamento de ciencias astrofísicas y planetarias de CU-Boulder. Los antecesores de la formación de agujeros negros, objetos denominados estrellas supermasivas, probablemente comenzaron a formarse dentro de los primeros cientos de millones de años luego del Big Bang, 14 mil millones de años atrás. Una estrella supermasiva eventualmente alcanzará un tamaño enorme - tan grande como diez millones de veces la masa del Sol – y habrá tenido una vida corta, con su núcleo colapsando en sólo unos pocos millones de años, dijo.

En el nuevo estudio que será publicado en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Begelman calculó cuántas estrellas supermasivas pudieron haberse formado, así como las masas de sus núcleos. Estos cálculos le permitieron estimar sus tamaño y su evolución posterior, incluyendo cómo en definitiva abandonaron “semillas” de agujeros negros.

Begelman dijo que las estrellas supermasivas que consumen  hidrógeno tendrían que haber sido estabilizadas por su propia rotación o alguna otra forma de energía, como campos magnéticos o turbulencia, para facilitar la rápida velocidad de crecimiento de los agujeros negros, en sus núcleos. “Lo que es nuevo aquí es que pensamos que hemos encontrado un nuevo mecanismo para formar estas gigantescas estrellas supermasivas, lo cual nos da una nueva forma de entender cómo se han formado los agujeros negros, relativamente rápido”, dijo Begelman.

El principal requisito para la formación de estrellas supermasivas es la acumulación de materia con una tasa de cerca de una masa solar por año, dijo Begelman. Debido a la tremenda cantidad de materia consumida por las estrellas supermasivas, la posterior semilla que los agujeros negros formaron en sus núcleos comenzó siendo mucho más grande que los agujeros negros ordinarios – los cuales tienen una masa de sólo unos pocas veces la del Sol – y posteriormente creció más rápidamente.

Luego que se formó la semilla de los agujeros negros, el proceso entró en su segundo estado, el cual Begelman ha apodado el estado “cuasiestrella”. En esta fase, los agujeros negros crecen rápidamente engullendo materia de la envoltura de gas hinchada que los circundan, el cual eventualmente se hincha hasta un tamaño mayor al del Sistema Solar, y, al mismo tiempo, se enfría, dijo.

Una vez que la cuasiestrella se enfría hasta un cierto punto, la radiación comienza a escapar a tan alta velocidad que causa que la envoltura gaseosa se disperse y acabe en agujeros negros de más de 10.000 veces la masa del Sol, dijo Begelman. Con este gran comienzo, por encima del de  los agujeros negros ordinarios,  pudieron haber crecido hasta agujeros negros supermasivos millones o miles de millones de veces la masa del Sol, engullendo el gas de las galaxias circundantes o fundiéndose con otros agujeros negros en colisiones galácticas extremadamente violentas.

La fase cuasiestrella fue analizada en un artículo publicado, en 2008, por Begelman en colaboración con  Phil Armitage, Profesor de CU, y Elena Rossi, investigadora asociada.

“Hasta hace poco, el pensamiento de muchos había sido que los agujeros negros supermasivos surgieron de la fusión de agujeros negros numerosos y pequeños, en el Universo,” dijo. “Este nuevo modelo de desarrollo de agujero negro indica un posible camino alternativo para su formación”.

Los agujeros negros son objetos celestes extremadamente densos que se cree se formaron por el colapso de estrellas y los cuales tienen un campo gravitacional tan potente que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Aunque los agujeros negros no son detectados directamente por los astrónomos, el movimiento de la materia estelar arremolinándose alrededor de ellos y los poderosos chorros de gas expulsados proveen evidencia de su existencia. Los agujeros negros ordinarios se piensa que son restos de estrellas ligeramente más grandes que el Sol que agotaron su combustible y murieron, dijo.

Los agujeros negros supermasivos creados en la historia temprana del Universo pueden haber producido el fenómeno de los cuasares – los centros muy brillantes y energéticos de galaxias distantes que pueden ser un billón de veces más brillantes que el Sol. Hay también evidencia que un agujero negro supermasivo habita el centro de todas las galaxias masivas de hoy, incluyendo a la propia Vía Láctea, dijo Begelman.

“Los grandes agujeros negros formados a partir de estas estrellas supermasivas pudieron haber tenido un enorme impacto en la evolución del Universo, incluyendo la formación de las galaxias”, dijo. Begelman está colaborando con la astrofísica Marta Volonteri, de la Universidad de Michigan, comparando la posible formación de agujeros negros supermasivos a partir de estrellas supermasivas y cuasiestrellas versus su creación por la fusión de agujeros negros ordinarios que quedaron luego del colapso de las estrellas más jóvenes del Universo.

Los científicos podrán ser capaces de usar el telescopio espacial James Webb, de la NASA, que será lanzado en 2013, para mirar atrás en el tiempo y buscar estrellas supermasivas parecidas a capullos cerca del comienzo del Universo, las cuales brillarían más en la porción infrarroja del espectro electromagnético, dijo Begelman.

Begelman es autor de varios libros, incluyendo “Gravity´s Fatal Attraction” (La atracción fatal de la gravedad) con Martin Rees, miembro de la Casa Británica de los Lores y presidente de la Sociedad Real de Londres y quien es Astrónomo Real Británico, de 1996. La segunda edición del libro saldrá el próximo año. Begelman también es autor de “Turn Right at Orion: Travels Trought the Cosmos” (Doble a la derecha de Orión: Viaje a través del Cosmos), de 2000.

Más información en:

http://www.colorado.edu/

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