Los Astrónomos Muestran Que La Radiación Ayudó A Alimentar Los Primeros Agujeros Negros Masivos

Estudio muestra que la radiación de galaxias cercanas ayudó a alimentar los primeros agujeros negros monstruosos

El enorme agujero negro que se muestra a la izquierda en este dibujo puede crecer rápidamente a medida que la intensa radiación de una galaxia cercana detiene la formación de estrellas en su galaxia anfitriona. (Crédito: John Wise)

Un estudio recientemente publicado agrega evidencia a una teoría de cómo los agujeros negros antiguos, aproximadamente mil millones de veces más pesados ​​que nuestro sol, pueden haberse formado y engordado rápidamente.

La aparición de agujeros negros supermasivos en los albores del universo ha desconcertado a los astrónomos desde su descubrimiento hace más de una década. Un supermasivo calabozo Se cree que se forma durante miles de millones de años, pero más de dos docenas de estos gigantes han sido avistados dentro de los 800 millones de años del Big Bang Hace 13,8 mil millones de años.

En un nuevo estudio publicado en la revista Nature Astronomy, un equipo de investigadores de la Dublin City University, Georgia Tech, Universidad de Colombia y la Universidad de Helsinki añaden evidencia a una teoría de cómo estos antiguos agujeros negros, alrededor de mil millones de veces más pesados ​​que nuestro sol, pueden haberse formado y engordado rápidamente.

En simulaciones por computadora, los investigadores muestran que un agujero negro puede crecer rápidamente en el centro de su galaxia anfitriona si una galaxia cercana emite suficiente radiación para apagar su capacidad de formar estrellas. Así deshabilitada, la galaxia anfitriona crece hasta su eventual colapso, formando un agujero negro que se alimenta del gas restante, y más tarde, polvo, estrellas moribundas y posiblemente otros agujeros negros, para volverse súper gigantes.

“El colapso de la galaxia y la formación de un agujero negro de un millón de masas solares lleva 100.000 años, un destello en el tiempo cósmico”, dice el coautor del estudio Zoltan Haiman, profesor de astronomía en la Universidad de Columbia. “Unos cientos de millones de años después, se ha convertido en un agujero negro supermasivo de mil millones de masas solares. Esto es mucho más rápido de lo que esperábamos “.

En el universo temprano, las estrellas y galaxias se formaron cuando el hidrógeno molecular enfrió y desinfló un plasma de hidrógeno y helio. Este entorno habría limitado el crecimiento de los agujeros negros a medida que el hidrógeno molecular convirtiera el gas en estrellas lo suficientemente lejos como para escapar de la atracción gravitacional de los agujeros negros. Los astrónomos han encontrado varias formas en que los agujeros negros supermasivos podrían haber superado esta barrera.

En un estudio de 2008, Haiman y sus colegas plantearon la hipótesis de que la radiación de una galaxia vecina masiva podría dividir el hidrógeno molecular en hidrógeno atómico y hacer que el agujero negro naciente y su galaxia anfitriona colapsaran en lugar de generar nuevos cúmulos de estrellas.

Un estudio posterior dirigido por Eli Visbal, entonces investigador postdoctoral en Columbia, calculó que la galaxia cercana tendría que ser al menos 100 millones de veces más masiva que nuestro sol para emitir suficiente radiación para detener la formación de estrellas. Aunque es relativamente raro, existen suficientes galaxias de este tamaño en el universo temprano para explicar los agujeros negros supermasivos observados hasta ahora.

El estudio actual, dirigido por John Regan, investigador postdoctoral de la Dublin City University de Irlanda, modeló el proceso utilizando software desarrollado por Greg Bryan de Columbia. Este estudio incluye los efectos de la gravedad, la dinámica de fluidos, la química y la radiación.

Después de varios días de procesar los números en una supercomputadora, los investigadores encontraron que la galaxia vecina podría ser más pequeña y cercana de lo que se había estimado anteriormente. “La galaxia cercana no puede estar demasiado cerca o demasiado lejos, y como el principio Ricitos de Oro, demasiado caliente o demasiado fría”, dijo el coautor del estudio John Wise, profesor asociado de la familia Dunn en la Facultad de Física de Georgia Tech.

Aunque los agujeros negros masivos se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias del universo maduro, incluida la nuestra Vía láctea , son mucho menos comunes en el universo infantil. Los primeros agujeros negros supermasivos se avistaron por primera vez en 2001 a través de un telescopio en el Observatorio Apache Point de Nuevo México como parte del Sloan Digital Sky Survey.

Los investigadores esperan probar su teoría cuando NASA es Telescopio espacial James Webb , el sucesor del Hubble, se conecta el próximo año y transmite imágenes del universo temprano.

Otros modelos de cómo evolucionaron los agujeros negros supermasivos, incluido uno en el que los agujeros negros crecen al fusionarse con millones de agujeros negros y estrellas más pequeños, esperan más pruebas. “Comprender cómo se forman los agujeros negros supermasivos nos dice cómo las galaxias, incluida la nuestra, se forman y evolucionan y, en última instancia, nos dice más sobre el universo en el que vivimos”, dijo Regan, de la Dublin City University.

El estudio se titula “Formación rápida de agujeros negros masivos en las proximidades de protogalaxias embrionarias”. Los otros autores son Eli Visbal, ahora investigador postdoctoral en el Instituto Flatiron de la Fundación Simons; Peter Johansson, profesor de astrofísica de la Universidad de Helsinki; y Greg Bryan, profesor de astronomía en Columbia y el Instituto Flatiron.

Publicación: John A. Regan, et al., “Formación rápida de agujeros negros masivos en las proximidades de protogalaxias embrionarias”, Nature Astronomy 1, número de artículo: 0075 (2017); doi: 10.1038 / s41550-017-0075

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