¿Cómo se formaron los primeros agujeros negros supermasivos del Universo? Un nuevo modelo de la evolución de las galaxias y los agujeros negros muestra que las colisiones muestran que las galaxias en colisión probablemente generaron agujeros negros que se formaron hace unos 13 mil millones de años. El descubrimiento completa un capítulo perdido de la historia temprana de nuestro universo, y podría ayudar a escribir el siguiente capítulo, en el que los científicos entiendan mejor cómo la gravedad y la materia oscura formaron el universo tal como lo conocemos.
Tras el reciente descubrimiento de que las galaxias se formaron mucho antes en la historia del Universo de lo que se pensaba anteriormente, Stelios Kazantzidis de la Universidad Estatal de Ohio y su equipo crearon nuevas simulaciones por computadora que muestran que los primeros agujeros negros supermasivos surgieron cuando esas primeras galaxias colisionaron y se fusionaron juntos. Esto probablemente sucedió durante los primeros miles de millones de años después del Big Bang.
"Nuestros resultados agregan un nuevo hito a la importante comprensión de cómo se forma la estructura en el universo", dijo Kazantzidis.
Anteriormente, los astrónomos pensaban que las galaxias evolucionaban jerárquicamente, donde la gravedad unía pequeños trozos de materia primero, y esos pequeños trozos gradualmente se unieron para formar estructuras más grandes.
Pero los nuevos modelos vuelven esa noción de cabeza.
"Junto con estos otros descubrimientos, nuestro resultado muestra que grandes estructuras, tanto galaxias como agujeros negros masivos, se acumulan rápidamente en la historia del universo", dijo. “Sorprendentemente, esto es contrario a la formación de estructuras jerárquicas. La paradoja se resuelve una vez que uno se da cuenta de que la materia oscura crece jerárquicamente, pero la materia ordinaria no. La materia normal que forma galaxias visibles y agujeros negros supermasivos se colapsa de manera más eficiente, y esto también fue cierto cuando el universo era muy joven, dando lugar a la formación anti-jerárquica de galaxias y agujeros negros ".
Entonces, eso significa que las grandes galaxias y los agujeros negros supermasivos se unen rápidamente, y pedazos más pequeños como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y el agujero negro relativamente pequeño en su centro, se forman más lentamente. Las galaxias que formaron esos primeros agujeros negros supermasivos todavía están alrededor, dijo Kazantzidis.
Las nuevas simulaciones realizadas en supercomputadoras pudieron resolver características que eran 100 veces más pequeñas, y revelaron detalles en el corazón de las galaxias fusionadas en una escala de menos de un año luz.
Debido a esto, los astrónomos pudieron ver dos cosas: Primero, el gas y el polvo en el centro de las galaxias se condensaron para formar un disco nuclear apretado. Luego, el disco se volvió inestable, y el gas y el polvo se contrajeron nuevamente, para formar una nube aún más densa que finalmente generó un agujero negro supermasivo.
Las implicaciones para la cosmología son de largo alcance, dijo Kazantzidis.
"Por ejemplo, la idea estándar, que las propiedades de una galaxia y la masa de su agujero negro central están relacionadas porque las dos crecen en paralelo, tendrá que ser revisada. En nuestro modelo, el agujero negro crece mucho más rápido que la galaxia. Entonces podría ser que el agujero negro no esté regulado en absoluto por el crecimiento de la galaxia. Podría ser que la galaxia esté regulada por el crecimiento del agujero negro ".
Este nuevo modelo también podría ayudar a los astrónomos que están buscando en los cielos evidencia directa de la teoría de la relatividad general de Einstein: las ondas gravitacionales.
Según la relatividad general, cualquier fusión de galaxias antiguas habría creado ondas gravitacionales masivas, ondas en el continuo espacio-tiempo, cuyos restos aún deberían ser visibles en la actualidad.
Los nuevos detectores de ondas gravitacionales, como la antena espacial de interferómetro láser de la NASA, fueron diseñados para detectar estas ondas directamente y abrir una nueva ventana a los fenómenos astrofísicos y físicos que no pueden estudiarse de otras maneras.
Los científicos necesitarán saber cómo se formaron los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo y cómo se distribuyen hoy en el espacio para interpretar los resultados de esos experimentos. Las nuevas simulaciones por computadora deberían proporcionar una pista.
Vea este enlace para ver videos de los modelos de colisiones de galaxias.
Fuente: Universidad Estatal de Ohio
