Son miles de millones de veces más grandes que nuestro Sol:¿cómo es posible que, como se ha observado recientemente, Los agujeros negros supermasivos ya estaban presentes cuando el Universo, ahora tiene 14 mil millones de años, tenía "sólo" 800 millones de años? Para los astrofísicos, la formación de estos monstruos cósmicos en tan poco tiempo es un verdadero dolor de cabeza científico, lo que plantea importantes interrogantes sobre el conocimiento actual del desarrollo de estos cuerpos celestes.

Un artículo reciente publicado en El diario astrofísico , por el Ph.D. SISSA. el estudiante Lumen Boco y su supervisora ​​Andrea Lapi, ofrece una posible explicación al espinoso tema. Gracias a un modelo original teorizado por los científicos de Trieste, el estudio propone un proceso de formación muy rápido en las fases iniciales del desarrollo de los agujeros negros supermasivos, los que hasta ahora se consideraban más lentos. Prueba, matemáticamente, que su existencia era posible en el joven Universo, los resultados de la investigación concilian el tiempo requerido para su crecimiento con los límites impuestos por la era del Cosmos. La teoría puede validarse completamente gracias a los futuros detectores de ondas gravitacionales, a saber, el Telescopio de Einstein y LISA, pero probado en varios aspectos básicos también con el sistema Advanced LIGO / Virgo actual.

El monstruo cósmico que crece en el centro de las galaxias.

Los científicos comenzaron su estudio con una pieza de evidencia observacional bien conocida:el crecimiento de agujeros negros supermasivos ocurre en las regiones centrales de las galaxias, progenitores de las galaxias elípticas actuales, que tenía un contenido de gas muy alto y en el que la formación estelar era extremadamente intensa. "Las estrellas más grandes viven poco tiempo y evolucionan muy rápidamente a agujeros negros estelares, tan grande como varias decenas de masas solares; Ellos son pequeños, pero muchas se forman en estas galaxias ". El gas denso que las rodea, explica Boco y Lapi, tiene un efecto definitivo muy poderoso de fricción dinámica y hace que migren muy rápidamente al centro de la galaxia. La mayoría de los numerosos agujeros negros que llegan a las regiones centrales se fusionan, creando la semilla del agujero negro supermasivo.

Boco y Lapi continúan:"Según las teorías clásicas, un agujero negro supermasivo crece en el centro de una galaxia capturando la materia circundante, principalmente gas, "haciéndolo crecer" sobre sí mismo y devorándolo finalmente a un ritmo proporcional a su masa. Por esta razón, durante las fases iniciales de su desarrollo, cuando la masa del agujero negro es pequeña, el crecimiento es muy lento. En la medida en que, según los cálculos, para alcanzar la masa observada, miles de millones de veces la del sol, se necesitaría mucho tiempo, incluso mayor que la edad del joven Universo ". Su estudio, sin embargo, demostró que las cosas podían ir mucho más rápido que eso.

La locura de los agujeros negros:lo que han descubierto los científicos

"Nuestros cálculos numéricos muestran que el proceso de migración dinámica y fusión de los agujeros negros estelares puede hacer que la semilla del agujero negro supermasivo alcance una masa de entre 10, 000 y 100, 000 veces mayor que la del Sol en solo 50-100 millones de años ". En este punto, los investigadores dicen, "el crecimiento del agujero negro central de acuerdo con la acreción directa de gas antes mencionada, previsto por la teoría estándar, se volverá muy rápido, porque la cantidad de gas que logrará atraer y absorber será inmensa, y predominante en el proceso que proponemos. Sin embargo, precisamente el hecho de partir de una semilla tan grande como la que prevé nuestro mecanismo acelera el crecimiento global del agujero negro supermasivo y permite su formación, también en el Universo Joven. En breve, a la luz de esta teoría, podemos afirmar que 800 millones de años después del Big Bang, los agujeros negros supermasivos ya podrían poblar el Cosmos ".

"Mirando" las semillas del agujero negro supermasivo crecen

El artículo, además de ilustrar el modelo y demostrar su eficacia, también propone un método para probarlo:"La fusión de numerosos agujeros negros estelares con la semilla del agujero negro supermasivo en el centro producirá ondas gravitacionales que esperamos ver y estudiar con detectores actuales y futuros, "explican los investigadores. En particular, las ondas gravitacionales emitidas en las fases iniciales, cuando la semilla del agujero negro central aún es pequeña, será identificable por los detectores actuales como Advanced LIGO / Virgo y completamente caracterizable por el futuro Telescopio Einstein. Las posteriores fases de desarrollo del agujero negro supermasivo podrían investigarse gracias al futuro detector LISA, que se lanzará al espacio alrededor de 2034. De esta manera, explica Boco y Lapi, "el proceso que proponemos se puede validar en sus diferentes fases, de forma complementaria, por futuros detectores de ondas gravitacionales ".

"Esta investigación" concluye Andrea Lapi, coordinador del grupo de Astrofísica y Cosmología de SISSA, "muestra cómo los estudiantes e investigadores de nuestro grupo se están acercando por completo a la nueva frontera de las ondas gravitacionales y la astronomía de múltiples mensajeros. En particular, nuestro principal objetivo será desarrollar modelos teóricos, así ideado en este caso, que sirven para capitalizar la información proveniente de los experimentos de ondas gravitacionales actuales y futuras, con la esperanza de proporcionar soluciones para problemas no resueltos relacionados con la astrofísica, cosmología y física fundamental ".