Simulaciones por computadora realizadas por astrofísicos de la Universidad de Tohoku en Japón, han revelado una nueva teoría sobre el origen de los agujeros negros supermasivos. En esta teoría, los precursores de los agujeros negros supermasivos crecen al tragarse no solo gas interestelar, pero también estrellas más pequeñas. Esto ayuda a explicar la gran cantidad de agujeros negros supermasivos que se observan en la actualidad.

Casi todas las galaxias del Universo moderno tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Sus masas a veces pueden alcanzar hasta 10 mil millones de veces la masa del Sol. Sin embargo, su origen sigue siendo uno de los grandes misterios de la astronomía. Una teoría popular es el modelo de colapso directo donde las nubes primordiales de gas interestelar colapsan bajo la autogravedad para formar estrellas supermasivas que luego evolucionan hacia agujeros negros supermasivos. Pero estudios anteriores han demostrado que el colapso directo solo funciona con gas prístino que consiste solo en hidrógeno y helio. Los elementos más pesados ​​como el carbono y el oxígeno cambian la dinámica del gas, causando que el gas colapsante se fragmente en muchas nubes más pequeñas que forman pequeñas estrellas propias, en lugar de unas pocas estrellas supermasivas. El colapso directo de gas prístino por sí solo no puede explicar la gran cantidad de agujeros negros supermasivos que se ven en la actualidad.

Sunmyon Chon, un becario postdoctoral de la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y la Universidad de Tohoku y su equipo utilizaron la supercomputadora "ATERUI II" del Observatorio Astronómico Nacional de Japón para realizar simulaciones en 3-D de alta resolución a largo plazo para probar la posibilidad de que las estrellas supermasivas pudieran forma incluso en gas enriquecido con elementos pesados. La formación de estrellas en nubes de gas que incluyen elementos pesados ​​ha sido difícil de simular debido al costo computacional de simular la división violenta del gas. pero avances en el poder de la computación, concretamente la alta velocidad de cálculo de "ATERUI II" puesta en servicio en 2018, permitió al equipo superar este desafío. Estas nuevas simulaciones permiten estudiar con más detalle la formación de estrellas a partir de nubes de gas.

Contrariamente a las predicciones anteriores, El equipo de investigación descubrió que las estrellas supermasivas todavía pueden formarse a partir de nubes de gas enriquecidas con elementos pesados. Como se esperaba, la nube de gas se rompe violentamente y se forman muchas estrellas más pequeñas. Sin embargo, hay un fuerte flujo de gas hacia el centro de la nube; las estrellas más pequeñas son arrastradas por este flujo y absorbidas por las estrellas masivas del centro. Las simulaciones dieron como resultado la formación de una estrella masiva 10, 000 veces más masivo que el Sol. "Esta es la primera vez que mostramos la formación de un precursor de un agujero negro tan grande en nubes enriquecidas en elementos pesados. Creemos que la estrella gigante así formada seguirá creciendo y evolucionando hasta convertirse en un agujero negro gigante". "dice Chon.

Este nuevo modelo muestra que no solo el gas primordial, pero también el gas que contiene elementos pesados ​​puede formar estrellas gigantes, que son las semillas de los agujeros negros. "Nuestro nuevo modelo es capaz de explicar el origen de más agujeros negros que los estudios anteriores, y este resultado conduce a una comprensión unificada del origen de los agujeros negros supermasivos, "dice Kazuyuki Omukai, profesor de la Universidad de Tohoku.