Aunque su existencia es innegable, Los astrónomos de todo el mundo aún no están seguros de cómo se forman realmente los agujeros negros supermasivos. Un proyecto financiado con fondos europeos se ha propuesto responder a esta pregunta simulando la formación y el crecimiento de sus semillas:agujeros negros creados cuando una estrella extremadamente masiva colapsa.

Esta es una de las preguntas más desconcertantes de la astronomía:¿cómo pudieron formarse los agujeros negros supermasivos en las primeras edades cósmicas? Se han observado cuásares luminosos distantes que delatan su existencia cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Pero aquí está la cuestión:el proceso de crecimiento convencional de un agujero negro es demasiado lento para permitir su existencia.

Hay explicaciones potenciales. Se ha dicho, por ejemplo, que estos agujeros negros supermasivos nacieron de la explosión de estrellas supermasivas, del colapso de grandes nubes de gas, o incluso de colisiones entre agujeros negros más pequeños. La teoría que retuvo la atención del Dr. Muhammad Latif, sin embargo, era que esos agujeros negros en realidad crecieron de extremadamente grandes, Agujeros negros semilla de 'colapso directo'.

Gracias a la financiación del proyecto FIRSTBHS (La formación de agujeros negros supermasivos en el universo temprano), El Dr. Latif simuló la formación y el crecimiento de estas semillas.

¿Qué hace que los primeros agujeros negros supermasivos sean tan interesantes?

Los primeros agujeros negros supermasivos son muy interesantes ya que se formaron en el universo infantil, dentro de los primeros mil millones de años después del Bing Bang, sólo una pequeña fracción de la edad actual del universo (13,7 mil millones de años). Desafían nuestra comprensión de la formación de estructuras en el universo.

Una buena analogía sería una situación en la que irías a un jardín de infancia y encontraras a un niño de dos metros de altura. Por supuesto, se preguntará cómo este niño pudo crecer hasta tal altura. Es lo mismo con estos agujeros negros:sus masas son miles de millones de veces más grandes que las de nuestro Sol, y es difícil comprender cómo pudieron llegar a ser tan masivos en tan poco tiempo, cuando las estrellas y las galaxias apenas comenzaban a formarse.

Más específicamente, ¿Qué brechas de conocimiento pretendía cerrar con este proyecto?

Nuestro objetivo era comprender cuál sería la forma más factible de ensamblar objetos tan masivos. Hay tres mecanismos astrofísicos principales que podrían conducir a la formación de los primeros agujeros negros supermasivos. El escenario más prometedor es el llamado método de colapso directo:proporciona semillas masivas, lo que facilita su crecimiento.

Con este proyecto, nuestro objetivo era explorar la viabilidad de este escenario, cuán masivas son las semillas que puede proporcionar y cuán abundantes son, comparar su densidad numérica con observaciones e investigar en detalle los mecanismos astrofísicos subyacentes. Además, nuestro objetivo era obtener sus firmas de observación y hacer predicciones para las próximas misiones espaciales y terrestres.

¿Cómo procediste a hacerlo?

Realizamos las llamadas simulaciones cosmológicas tridimensionales a partir de condiciones iniciales ab initio modelando en detalle todos los procesos físicos necesarios.

¿Cuáles diría que fueron los aspectos más innovadores de esta metodología?

Yo diría que es la multifísica de nuestra simulación cosmológica, que incluía modelos detallados de turbulencia química y no resuelta, campos magnéticos, transferencia radiativa al modelo UV, Retroalimentación de rayos X de la acumulación de estrellas y agujeros negros, así como enriquecimiento de metales. Este enfoque está más allá del estado de la técnica en el campo.

¿Cuáles fueron los hallazgos más importantes del proyecto?

Nuestros resultados muestran que el mecanismo de colapso directo proporciona agujeros negros semilla masivos de 10 ^ 5 a 10 ^ 6 masas solares, que pueden crecer para formar los primeros agujeros negros supermasivos.

Las condiciones para la formación de tales objetos son ideales en el universo temprano. Particularmente, los prístinos halos masivos iluminados por un fuerte flujo de rayos ultravioleta son las cunas potenciales para la formación de agujeros negros masivos. Nuestros hallazgos sugieren que tales objetos son raros, ya que requieren condiciones especiales para su formación, pero esto aún se debate entre los expertos.

¿Qué esperas de las misiones JWST y ATHENA?

Esperamos que JWST encuentre algunos de los agujeros negros semilla, ya que estos objetos distantes son bastante débiles en las primeras etapas. Por supuesto, también depende de lo abundantes que sean, que sigue siendo una cuestión abierta.

ATHENA parece más prometedora, ya que se espera que detecte unos cientos de AGN de ​​baja luminosidad en z> 6 que ayudará a restringir los modelos de formación de agujeros negros.

¿Cuáles son sus planes de seguimiento? ¿Si alguna?

Actualmente estamos investigando el crecimiento de agujeros negros en el universo temprano para lo cual hemos realizado simulaciones detalladas. Con mis colaboradores, estamos tratando de comprender cómo la retroalimentación del agujero negro y las estrellas afecta el crecimiento de los agujeros negros, y también el papel del medio ambiente, corrientes frías que alimentan estos agujeros negros, etc. Nuestro objetivo es derivar observables sintéticos para E-ELT, Euclides, ATENEA, JWST y SKA, y esperamos que este enfoque nos ayude a comprender la formación y el crecimiento de los primeros agujeros negros supermasivos.