La imagen de la simulación DCBH muestra la densidad (izquierda) y la temperatura (derecha) de una galaxia temprana. Se pueden ver ondas de choque de supernovas expandiéndose desde el centro, por lo que la galaxia se colapsa y se calienta.
Los agujeros negros se forman en el proceso de la muerte de una estrella, lo que permite que la materia se convierta en un objeto extremadamente denso, del cual ni siquiera la luz puede escapar. Los científicos creen que se pueden crear agujeros negros masivos en el nacimiento de una galaxia, pero nadie ha podido mirar en el pasado lejano para observar las condiciones de los agujeros negros que se colapsan directamente (DCBH).
El telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2021, tendrá la oportunidad de mirar en el Universo temprano para ver una galaxia con un agujero negro masivo naciente. Ahora tenemos una simulación creada por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia. Muestra qué buscar en futuras revisiones de DCBH.
La primera simulación de este tipo supone que la formación de dichos agujeros negros estará acompañada por tipos especiales de radiación intensa, incluidos los rayos X y los rayos UV, que se desplazarán hacia la luz IR al acercarse al telescopio. También fue sorprendente que los agujeros negros pudieran crear estrellas gigantes libres de metales. En el centro de muchas galaxias grandes se encuentran agujeros negros supermasivos, cuyo proceso de formación y crecimiento no se pudo observar. Por lo tanto, se ha asumido que podrían haber aparecido en el nacimiento galáctico. Entonces, la formación de DCBH se iniciaría por el colapso de una gran nube de gas durante la creación temprana de la galaxia. Pero es importante entender qué buscar exactamente en los espectros con la ayuda del futuro telescopio.
La creación de un agujero negro puede llevar un millón de años. La supercomputadora Stampede permitió ejecutar una simulación centrada en los efectos de la formación de DCBH. El modelado se basó en los primeros principios físicos, como la gravedad, la radiación y la hidrodinámica.
Una imagen simulada con radiación UV demuestra cómo el gas se calienta en espiral en un agujero negro central
Si primero se forma una galaxia y luego un agujero negro en el centro, debería aparecer un tipo de firma. Pero ¿y si el agujero negro es lo primero? Los científicos querían saber si esperar alguna otra diferencia física. La simulación obtuvo información sobre la densidad y la temperatura para predecir qué verá exactamente el telescopio.
Los agujeros negros tardan alrededor de un millón de años en formarse. En la simulación de DCBH, el primer paso consiste en el colapso del gas en una estrella supermasiva (100.000 veces más masiva que el Sol). La estrella sufre una inestabilidad gravitatoria y se colapsa en sí misma, creando un agujero negro masivo. La radiación del agujero negro desencadena la formación de estrellas durante un período de 500,000 años. Las estrellas de la primera generación parecen ser más masivas, ya que viven mucho menos. En los primeros 5 a 6 millones de años, explotan como supernovas. Después de eso, el agujero negro se calma, lo que conduce a una confrontación entre los rayos EM y su propia gravedad. Estos ciclos cubren otros 20-30 millones de años.
Los agujeros negros son comunes en el espacio, por lo que los científicos esperan que un número suficiente de imágenes le permita capturar uno de estos tipos. Por lo tanto, será posible comprender más profundamente en el proceso de evolución galáctica.
Los investigadores se sorprendieron por la formación de estrellas alrededor de DCBH, pero en retrospectiva esto parece lógico. La ionización creada conducirá a reacciones fotoquímicas capaces de desencadenar un nacimiento estelar. Este es uno de los grandes enigmas universales, por lo que los investigadores esperan que su trabajo lleve a respuestas tan esperadas.
