La aparición de agujeros negros supermasivos en los albores del universo ha desconcertado a los astrónomos desde su descubrimiento hace más de una década. Se cree que se forma un agujero negro supermasivo durante miles de millones de años, pero más de dos docenas de estos gigantes han sido avistados dentro de los 800 millones de años del Big Bang hace 13,8 mil millones de años.

En un nuevo estudio de la revista Astronomía de la naturaleza , un equipo de investigadores de la Dublin City University, Universidad de Colombia, Georgia Tech, y la Universidad de Helsinki, agregar evidencia a una teoría de cómo estos antiguos agujeros negros, alrededor de mil millones de veces más pesado que nuestro sol, puede haberse formado y engordar rápidamente.

En simulaciones por computadora, los investigadores muestran que un agujero negro puede crecer rápidamente en el centro de su galaxia anfitriona si una galaxia cercana emite suficiente radiación para apagar su capacidad de formar estrellas. Así discapacitado, la galaxia anfitriona crece hasta su eventual colapso, formando un agujero negro que se alimenta del gas restante, y después, polvo, estrellas moribundas, y posiblemente otros agujeros negros, volverse súper gigantesco.

"El colapso de la galaxia y la formación de un agujero negro de un millón de masas solares toma 100, 000 años:un destello en el tiempo cósmico, "dice el coautor del estudio, Zoltan Haiman, profesor de astronomía en la Universidad de Columbia. "Unos cientos de millones de años después, se ha convertido en un agujero negro supermasivo de mil millones de masas solares. Esto es mucho más rápido de lo que esperábamos ".

En el universo temprano, las estrellas y galaxias se formaron cuando el hidrógeno molecular enfrió y desinfló un plasma primordial de hidrógeno y helio. Este entorno habría limitado el crecimiento de los agujeros negros a medida que el hidrógeno molecular convirtiera el gas en estrellas lo suficientemente lejos como para escapar de la atracción gravitacional de los agujeros negros. Los astrónomos han ideado varias formas en que los agujeros negros supermasivos podrían haber superado esta barrera.

En un estudio de 2008, Haiman y sus colegas plantearon la hipótesis de que la radiación de una galaxia vecina masiva podría dividir el hidrógeno molecular en hidrógeno atómico y hacer que el agujero negro naciente y su galaxia anfitriona colapsaran en lugar de generar nuevos cúmulos de estrellas.

Un estudio posterior dirigido por Eli Visbal, luego investigador postdoctoral en Columbia, calculó que la galaxia cercana tendría que ser al menos 100 millones de veces más masiva que nuestro sol para emitir suficiente radiación para detener la formación de estrellas. Aunque relativamente raro, Existen suficientes galaxias de este tamaño en el universo temprano para explicar los agujeros negros supermasivos observados hasta ahora.

El estudio actual, dirigido por John Regan, investigador postdoctoral en la Dublin City University de Irlanda, modeló el proceso utilizando software desarrollado por Greg Bryan de Columbia, e incluye los efectos de la gravedad, dinámica de fluidos, química y radiación.

Después de varios días de procesar los números en una supercomputadora, los investigadores encontraron que la galaxia vecina podría ser más pequeña y más cercana de lo que se había estimado anteriormente. "La galaxia cercana no puede estar demasiado cerca, o muy lejos y como el principio Ricitos de Oro, demasiado calor o demasiado frío, "dijo el coautor del estudio John Wise, profesor asociado de astrofísica en Georgia Tech.

El estudio actual, dirigido por John Regan, investigador postdoctoral en la Dublin City University de Irlanda, intentó modelar el proceso. Usando simulaciones para medir cómo la radiación de una galaxia influyó en la formación de agujeros negros en la otra, los investigadores encontraron que la galaxia vecina podría ser más pequeña y más cercana de lo que se había estimado anteriormente.

"La galaxia cercana no puede estar demasiado cerca, o muy lejos y como el principio Ricitos de Oro, demasiado calor o demasiado frío, "dijo el coautor del estudio John Wise, profesor asociado de astrofísica en Georgia Tech.

Aunque los agujeros negros masivos se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias del universo maduro, incluida nuestra propia Vía Láctea, son mucho menos comunes en el universo infantil. Los primeros agujeros negros supermasivos se avistaron por primera vez en 2001 a través de un telescopio en el Observatorio Apache Point de Nuevo México como parte del Sloan Digital Sky Survey.

Los investigadores esperan poner a prueba su teoría cuando el telescopio espacial James Webb de la NASA, el sucesor del Hubble, se conecta el próximo año y transmite imágenes del universo temprano.

Otros modelos de cómo evolucionaron estos antiguos gigantes, incluido uno en el que los agujeros negros crecen al fusionarse con millones de agujeros negros y estrellas más pequeños, aguardar más pruebas. "Comprender cómo se forman los agujeros negros supermasivos nos dice cómo las galaxias, incluido el nuestro, formarse y evolucionar, y ultimamente, nos dice más sobre el universo en el que vivimos, "dijo Regan, en la Universidad de la Ciudad de Dublín.

El estudio se titula, "Formación rápida de agujeros negros masivos en las proximidades de protogalaxias embrionarias".