En el centro de la galaxia millones de estrellas giran en órbitas alrededor de un agujero negro supermasivo. Este circuito puede durar desde unas pocas horas para las estrellas cercanas al horizonte de sucesos del agujero negro hasta miles de años para sus vecinas distantes. La naturaleza de la danza, cómo las estrellas interactúan colectivamente a través de sus fuerzas gravitacionales, puede variar de una galaxia a otra.

En el papel, "Transición de la fase de trastorno del orden en cúmulos estelares de agujeros negros, " publicado en Cartas de revisión física el 12 de julio 2019, científicos del Instituto de Estudios Avanzados, Universidad Americana de Beirut, y la Universidad de Leiden han dado los primeros pasos hacia la comprensión de los patrones orbitales colectivos que emergen en los cúmulos de estrellas que rodean un agujero negro supermasivo. Al estudiar estos cúmulos de estrellas y cómo evolucionan, Los investigadores están obteniendo nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los agujeros negros supermasivos y su influencia sobre su entorno estelar.

Basado en una serie de modelos numéricos y simulaciones, El equipo ha demostrado que los cúmulos de estrellas de agujeros negros pueden experimentar una transición de fase de un estado esférico a un estado desequilibrado cuando se enfrían por debajo de una temperatura dinámica crítica. Esta transición de fase, en algunos sentidos, es similar a la transición de fase que ocurre cuando un líquido se transforma en sólido. Así como las moléculas pueden pasar de un estado líquido desordenado a un estado en el que se congelan en su lugar, Estos cúmulos de estrellas son capaces de alcanzar el equilibrio en una estructura desordenada (esférica) o ordenada (desequilibrada). dependiendo de sus propiedades y entorno.

"Estos sistemas exhiben un comportamiento sorprendentemente rico, con notables paralelos a fenómenos de laboratorio bien estudiados como la congelación y el ferromagnetismo, "declaró Scott Tremaine, Profesor Richard Black en el Instituto de Estudios Avanzados, uno de los tres autores del artículo. "Estos nuevos fenómenos pueden cambiar drásticamente nuestra comprensión del entorno de los agujeros negros supermasivos y mejorar nuestra capacidad para comprender las tasas y propiedades de las fusiones de agujeros negros supermasivos". consumo de estrellas por agujeros negros, y otros fenómenos en los centros de las galaxias ".

En las imágenes del Telescopio Espacial Hubble de la cercana Galaxia de Andrómeda se ve un cúmulo de estrellas nucleares ladeado que rodea un agujero negro supermasivo. Por otra parte, nuestra galaxia de origen, la Vía Láctea, y M87, fotografiadas recientemente por el Event Horizon Telescope, albergan cúmulos esféricos. Para galaxias más distantes, los cúmulos de estrellas nucleares son demasiado pequeños para ser captados por telescopios existentes, pero las formas de los grupos pueden influir fuertemente en los eventos transitorios que podemos observar, como las llamaradas de las estrellas interrumpidas por las mareas y las señales de ondas gravitacionales de las estrellas en espiral hacia el agujero negro.

"El presente trabajo es, En más de un sentido, la culminación de nuestro programa de investigación sobre las propiedades térmicas de los cúmulos de estrellas de agujeros negros. Sienta las bases para estudiar su respuesta colectiva a las perturbaciones evolutivas y ambientales, "declaró Jihad Touma, otro de los autores del artículo. "Creemos que los sistemas modelo que hemos identificado y analizado son lo suficientemente realistas y versátiles como para desempeñar para la gravedad el papel que desempeñó y sigue desempeñando el modelo de Ising para el magnetismo".

Se necesitará una mayor investigación de cómo se forman y evolucionan los cúmulos de estrellas nucleares para determinar con qué frecuencia ocurren las transiciones de fase de este tipo en la naturaleza. Sin embargo, la presencia de un cúmulo desequilibrado en Andrómeda, la galaxia vecina grande más cercana de nuestra galaxia, sugiere que este es un proceso común en el universo.

El equipo de investigación está formado por Jihad Touma de la Universidad Americana de Beirut y ex miembro y visitante de la IAS (2007-09; 2013-14; 2017) en la Facultad de Ciencias Naturales; Scott Tremaine del Instituto de Estudios Avanzados; y Mher Kazandjian de la Universidad de Leiden.

Un enlace al documento que detalla los métodos del equipo está disponible aquí. El equipo reconoce el uso de las instalaciones informáticas de IAS para realizar cálculos esenciales para su trabajo.