Un nuevo estudio aclara el enigma de cómo se forman los agujeros negros supermasivos

Uno de los enigmas de la cosmología y la evolución estelar es cómo algunos agujeros negros llegan a ser supermasivos. Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de California ha determinado que surgen de la unión de dos agujeros negros tras el colapso de una estrella.

Las dudas por parte de la comunidad científica sobre la formación de estos agujeros supermasivos es que no hay suficiente tiempo, desde la creación del Universo hasta hoy, para que acumulen su masa a través de procesos de acreción en 'periodos de paz'.

Ahora, el hallazgo de Caltech apunta a que estos se formaron por la muerte de ciertos tipos de primitivas estrellas gigantes, dinosaurios estelares exóticos que crecieron hasta un tamaño considerable y después murieron jóvenes. Durante el colapso violento de estas estrellas se forman agujeros negros que reúnen su propia masa y se juntan para formar un solo 'monstruo supermasivo'.

Para investigar los orígenes de jóvenes agujeros negros supermasivos los científicos pusieron su mirada en un modelo de participación de estrellas supermasivas, que apenas estuvieron un breve tiempo en el Universo temprano. A diferencia de las estrellas ordinarias, las estrellas supermasivas se estabilizan contra la gravedad en su mayoría por su propia radiación de fotones.

En una estrella muy masiva, la radiación del flujo de fotones hacia el exterior se genera debido a que la estrella tiene muy alta temperatura interior y empuja el gas de la estrella hacia el exterior en oposición a la fuerza de la gravedad. Pero esta radiación de fotones es la que hace que la estrella pierda su energía y se enfríe lentamente. A medida que esto ocurre, se vuelve más compacta, y su densidad central aumenta.

Este proceso dura un par de millones de años hasta que la estrella ha alcanzado compacidad suficiente para la inestabilidad e inicia el colapso gravitacional.

Estudios anteriores predijeron que cuando las estrellas supermasivas colapsan mantienen una forma esférica que posiblemente se aplana debido a la rotación rápida. Esta forma se llama 'configuración simétrica al eje'. Los científicos apuntan que estos giros rápidos de las estrellas son propensos a pequeñas perturbaciones y el nuevo estudio ha indicado estas perturbaciones pueden causar que las estrellas se desvíen en formas no asimétricas durante el colapso.

"Tales perturbaciones inicialmente diminutas crecerían rápidamente, en última instancia, haciendo que el gas en el interior de la estrella en colapso se agrupe para formar fragmentos de alta densidad", ha indicado uno de los autores principales, Christian Reisswig.

Estos fragmentos que orbitan el centro de la estrella, cada vez más densa, no solo recogen la materia durante el colapso, sino que también aumentan la temperatura.

"A temperaturas suficientemente altas, habría suficiente energía disponible para que coincida con los electrones y sus antipartículas, los positrones o, en lo que se conoce como pares electrón-positrón. La creación de pares electrón-positrón causaría una pérdida de presión, acelerando aún más el colapso, y como resultado, los dos fragmentos en órbita, en última instancia, llegarían a ser tan densos que se podría formar un agujero negro en cada grupo", ha explicado el investigador.

El par de agujeros negros podría entonces continuar la espiral alrededor de la estrella antes de la fusión para convertirse en un agujero negro de gran tamaño. "Este es un nuevo descubrimiento", ha indicado Reisswig, quien ha apuntado que, "nadie hasta ahora había predicho nunca que una sola estrella en colapso podría producir un par de agujeros negros que se fusionan".