Los agujeros negros se forman cuando las estrellas mueren, lo que permite que la materia en ellos colapse en un objeto extremadamente denso del que ni siquiera la luz puede escapar. Los astrónomos teorizan que los agujeros negros masivos también podrían formarse en el nacimiento de una galaxia, pero hasta ahora nadie lo ha hecho.he podido mirar lo suficientemente atrás en el tiempo para observar las condiciones que crean estos agujeros negros de colapso directo DCBH.
El telescopio espacial James Webb, programado para su lanzamiento en 2021, podría mirar lo suficientemente hacia atrás en el Universo temprano para ver una galaxia que alberga un agujero negro masivo naciente. Ahora, una simulación realizada por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia hasugirió lo que los astrónomos deberían buscar si buscan en los cielos un DCBH en sus primeras etapas.
La primera simulación de su tipo, publicada el 10 de septiembre en la revista Astronomía de la naturaleza , sugiere que la formación directa de estos agujeros negros estaría acompañada de tipos específicos de radiación intensa, incluidos rayos X y emisión ultravioleta que cambiarían a infrarrojos cuando lleguen al telescopio. Los agujeros negros probablemente también generarían metal masivo-estrellas libres, un hallazgo inesperado.
La investigación fue apoyada por la NASA, el Laboratorio Nacional de Los Alamos, la Fundación Nacional de Ciencias, la Junta de Educación Regional del Sur y dos becas de teoría del Hubble.
"Hay agujeros negros supermasivos en el centro de muchas galaxias grandes, pero no hemos podido observar la forma en que se forman o cómo se hicieron tan grandes", dijo Kirk SS Barrow, el primer autor del artículo y un Ph..D. Graduado de la Escuela de Física de Georgia Tech. "Los científicos han teorizado que estos agujeros negros supermasivos podrían haberse formado en el nacimiento de una galaxia, y queríamos convertir estas predicciones teóricas en predicciones observacionales que pudieran ser vistas por James Webb SpaceTelescopio."
La formación de DCBH se iniciaría por el colapso de una gran nube de gas durante la formación temprana de una galaxia, dijo John H. Wise, profesor de la Escuela de Física de Georgia Tech y del Centro de Astrofísica Relativista. Pero antes de que los astrónomos pudieran esperarpara captar esta formación, tendrían que saber qué buscar en los espectros que podría detectar el telescopio, que son principalmente infrarrojos.
La formación de un agujero negro podría requerir un millón de años más o menos, pero para imaginar cómo podría haber sido, el ex investigador postdoctoral Aycin Aykutalp, ahora en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, usó la Supercomputadora Stampede apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias.en la Universidad de Texas en Austin para ejecutar una simulación centrada en las secuelas de la formación de DCBH. La simulación utilizó los primeros principios de la física, como la gravedad, la radiación y la hidrodinámica.
"Si la galaxia se forma primero y luego el agujero negro se forma en el centro, eso tendría un tipo de firma", dijo Wise. "Si el agujero negro se formara primero, ¿tendría una firma diferente? Queríamos averiguarlo.si habría diferencias físicas y, de ser así, si eso se traduciría en diferencias que podríamos observar con el telescopio espacial James Webb ".
Las simulaciones proporcionaron información como densidades y temperaturas, y Barrow convirtió esos datos en predicciones de lo que podría observarse a través del telescopio: la luz que probablemente se observaría y cómo se vería afectada por el gas y el polvo que habría encontrado en sulargo viaje a la Tierra. "Al final, teníamos algo que un observador podría ver con suerte", dijo Barrow.
Los agujeros negros tardan alrededor de un millón de años en formarse, un destello en el tiempo galáctico. En la simulación DCBH, ese primer paso implica el colapso de gas en una estrella supermasiva hasta 100.000 veces más masiva que nuestro Sol. La estrella luego experimenta inestabilidad gravitacionaly colapsa sobre sí mismo para formar un agujero negro masivo. La radiación del agujero negro desencadena la formación de estrellas durante un período de unos 500.000 años, sugirió la simulación.
"Las estrellas de esta primera generación suelen ser mucho más masivas, por lo que viven por un período de tiempo más corto", dijo Wise. "En los primeros cinco a seis millones de años después de su formación, mueren y se convierten en supernovas. Esa es otrauna de las firmas que informamos en este estudio ".
Después de que se forman las supernovas, el agujero negro se calma pero crea una lucha entre las emisiones electromagnéticas luz ultravioleta y rayos X que intentan escapar y la propia gravedad del agujero negro ". Estos ciclos continúan durante otros 20 o 30 millonesaños ", dijo Wise.
Los agujeros negros son relativamente comunes en el universo, por lo que la esperanza es que con suficientes instantáneas, los astrónomos puedan captar uno naciendo, y eso podría conducir a una nueva comprensión de cómo evolucionan las galaxias con el tiempo.
La formación de estrellas alrededor del DCBH fue inesperada, pero en retrospectiva, tiene sentido, dijo Barrow. La ionización producida por los agujeros negros produciría reacciones fotoquímicas capaces de desencadenar la formación de las estrellas. Las estrellas sin metales tienden a ser más grandes queotras porque la ausencia de un metal como el hierro evita la fragmentación. Pero debido a que son tan grandes, estas estrellas producen enormes cantidades de radiación y terminan sus vidas en supernovas, dijo.
"Este es uno de los últimos grandes misterios del universo temprano", dijo Barrow. "Esperamos que este estudio proporcione un buen paso para descubrir cómo se formaron estos agujeros negros supermasivos en el nacimiento de una galaxia".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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