Cerca del borde del Universo visible se encuentran algunos de los objetos más brillantes jamás observados, conocidos como cuásares, que se cree que contienen agujeros negros supermasivos de más de mil millones de veces la masa de nuestro Sol. Simulaciones de Kentaro Nagamine en el Departamento de la Universidad de OsakaIsaac Shlosman de la Universidad de Kentucky y sus colegas de la Tierra y la Ciencia Espacial han revelado por primera vez exactamente cómo se formaron estos agujeros negros 700 millones de años después del Big Bang.
"El Universo primitivo era un plasma denso, caliente y uniforme", explica Nagamine. "Al enfriarse, las fluctuaciones en la distribución de masa formaron semillas alrededor de las cuales la materia podría acumularse debido a la gravedad". Estos son los orígenes de las primeras estrellas.Procesos similares podrían haber sembrado más tarde el crecimiento de estructuras más grandes como los agujeros negros supermasivos.
Hasta hace poco, muchos investigadores pensaban que los agujeros negros supermasivos fueron sembrados por el colapso de algunas de las primeras estrellas. Pero el trabajo de modelado realizado por varios grupos ha sugerido que este proceso solo conduciría a pequeños agujeros negros. Nagamine y sus compañeros de trabajo simularon una diferencia diferentesituación, en la que los agujeros negros supermasivos son sembrados por nubes de gas que caen en pozos potenciales creados por la materia oscura, la materia invisible que los astrónomos creen que constituye el 85% de la masa del Universo.
Simular la dinámica de enormes nubes de gas es extremadamente complejo, por lo que el equipo tuvo que usar algunos trucos numéricos llamados 'partículas de sumidero' para simplificar el problema.
"Aunque tenemos acceso a supercomputadoras extremadamente potentes en el Centro de Cibermedios de la Universidad de Osaka y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, no podemos simular cada partícula de gas", explica Nagamine. "En cambio, modelamos pequeñas escalas espaciales utilizando partículas de sumidero,que crecen a medida que evoluciona el gas circundante. Esto nos permite simular escalas de tiempo mucho más largas de lo que era posible anteriormente ".
Los investigadores encontraron que la mayoría de las partículas de semillas en sus simulaciones no crecían mucho, excepto una semilla central, que creció rápidamente a más de 2 millones de masas solares en solo 2 millones de años, lo que representa un camino factible hacia un agujero negro supermasivoAdemás, cuando el gas giró y colapsó alrededor de la semilla central, formó dos discos de acreción desalineados, que nunca antes se habían observado.
En otro trabajo reciente, Nagamine y sus colaboradores describieron el crecimiento de galaxias masivas que se formaron aproximadamente al mismo tiempo que los agujeros negros supermasivos. "Nos gusta empujar la frontera de qué tan atrás en el tiempo podemos ver", dice Nagamine.Los investigadores esperan que sus simulaciones sean validadas por datos reales cuando el telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2018, observe fuentes distantes donde está ocurriendo el colapso directo de gas.
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Materiales proporcionado por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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