Los agujeros negros primordiales pueden haber desencadenado la formación de agujeros negros supermasivos

Los primeros momentos del universo fueron turbulentos y llenos de materia densa y caliente. Las fluctuaciones en el universo primitivo podrían haber sido lo suficientemente grandes como para que bolsas de materia de masa estelar colapsaran por su propio peso para crear agujeros negros primordiales. Si bien nunca detectamos estos pequeños agujeros negros, es posible que hayan jugado un papel vital en la evolución cósmica, tal vez convirtiéndose en los agujeros negros supermasivos que vemos hoy. Un nuevo estudio muestra cómo podría funcionar esto, pero también encuentra que el proceso es complicado.

Un modelo popular para los agujeros negros primordiales es que eran semillas de galaxias y estrellas. Incluso un pequeño agujero negro atraería materia hacia él, formando una nebulosa galáctica, y el gas más denso alrededor del agujero negro desencadenaría la formación de estrellas primitivas. Esto explicaría por qué las galaxias se formaron temprano en el universo y también por qué la mayoría de las galaxias contienen un agujero negro supermasivo.

Algunos argumentan que las semillas primordiales de los agujeros negros juegan un papel esencial en la formación de las primeras galaxias. Sin agujeros negros para desencadenar el proceso, las galaxias no se habrían formado antes. Para abordar esta pregunta, el equipo creó una simulación en una supercomputadora masiva conocida como Stampede2. A partir de sus simulaciones, el equipo descubrió que los agujeros negros primordiales pueden fomentar la formación de galaxias y la producción de estrellas, pero también pueden detenerlas.

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Los agujeros negros primordiales podrían haber atraído materia hacia ellos para desencadenar la formación de estrellas, pero la materia consumida por un agujero negro también calienta el gas cercano, lo que hace que se aleje. Entonces, los agujeros negros primordiales terminan teniendo un efecto de toma y daca. Atrayendo materia hacia las nubes galácticas gravitacionalmente, pero también calentando la región central y dificultando la producción de estrellas. Por lo tanto, los agujeros negros primordiales no juegan un papel concluyente. Los efectos de la siembra y el calentamiento casi se anulan entre sí. Los cambios más pequeños en las condiciones iniciales pueden determinar si un agujero negro primordial es una ayuda o un obstáculo en la formación temprana de galaxias.

Por supuesto, las cosas podrían cambiar significativamente con la introducción de la materia oscura. La materia oscura es atraída gravitatoriamente por un agujero negro, pero no calienta el material cercano de la misma manera que la materia normal. Los agujeros negros primordiales y la materia oscura podrían haber trabajado juntos de una manera que supera cualquier calentamiento de los agujeros negros primordiales. Si ese es el caso, la interacción de la materia oscura y los agujeros negros primordiales podría haber creado ondas gravitacionales. Estas ondas son demasiado débiles para ser detectadas en este momento, pero los futuros telescopios de ondas gravitacionales pueden hacerlo.

Estas simulaciones detalladas muestran cuán sutil y complejo puede ser el papel de los agujeros negros primordiales. A medida que el equipo avanza para crear simulaciones aún más detalladas, esperan ver cómo la materia oscura, los agujeros negros primordiales y la producción de estrellas pueden conducir a la formación de agujeros negros supermasivos. Con el tiempo, podrán decirnos cómo objetos tan grandes tienen un comienzo tan pequeño.

Referencia: Liu, Boyuan, Saiyang Zhang y Volker Bromm. «Efectos de los agujeros negros primordiales de masa estelar en la formación de la primera estrella.” Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society 514.2 (2022): 2376-2396.