Se supone que los agujeros negros primordiales se formaron poco después del Big Bang
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Un agujero negro inusualmente masivo en el universo primitivo puede ser una especie de exótico, sin estrellas Agujero negro teorizado por primera vez por Stephen Hawking.
En agosto, Liu Boyuan en la Universidad de Cambridge y sus colegas detectaron una extraña galaxia de hace 13 mil millones de años, llamada Abell 2744-QSO1, con el Telescopio Espacial James Webb (JWST). La galaxia parecía albergar un enorme agujero negro, alrededor de 50 millones de veces la masa del sol, pero estaba casi completamente desprovisto de estrellas.
«Esto es un enigma, porque la teoría tradicional dice que las estrellas se forman primero o junto con los agujeros negros», dice Liu. Generalmente se cree que los agujeros negros se forman a partir de estrellas muy masivas cuando se quedan sin combustible y colapsan.
Liu y su equipo realizaron algunas simulaciones básicas, que demostraron que QSO1 podría haber comenzado como un agujero negro primordialun objeto exótico propuesto por primera vez por los físicos Stephen Hawking y Bernard Carr en 1974. En lugar de formarse a partir de una estrella, estos objetos se habrían fusionado a partir de fluctuaciones en la densidad del universo poco después del Big Bang.
Los agujeros negros primordiales deberían haberse evaporado y desaparecido en gran medida para cuando podamos volver a ver con JWST, pero existe la posibilidad de que algunos hayan sobrevivido y se hayan convertido en agujeros negros mucho más grandes, como QSO1.
Si bien los cálculos de Liu y su equipo coincidían aproximadamente con sus observaciones, eran simples y no tenían en cuenta la compleja interacción entre los agujeros negros primordiales, las nubes de gas y las estrellas.
Ahora, Liu y su equipo han realizado simulaciones más detalladas de cómo habrían crecido los agujeros negros primordiales en los primeros cientos de millones de años del universo. Calcularon cómo el gas habría girado alrededor de un pequeño agujero negro primordial inicial, y también cómo las estrellas recién formadas y las estrellas moribundas habrían interactuado con él.
Sus predicciones para la masa final del agujero negro y los elementos más pesados que contiene coinciden con lo que observaron para QSO1.
«No es decisivo, pero es una posibilidad interesante e importante», dice Liu. “Con estas nuevas observaciones que las teorías normales (de formación de agujeros negros) luchan por reproducir, la posibilidad de tener agujeros negros primordiales masivos en el universo primitivo se vuelve más permisible”.
Las simulaciones muestran que los agujeros negros primordiales podrían ser en realidad una fuente viable de QSO1, afirma Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge, que formó parte del equipo que descubrió originalmente el agujero negro. “El hecho de que logren igualar las propiedades de QSO1, tanto en términos de masa del agujero negro como de masa estelar y de enriquecimiento químico, es muy interesante y alentador”.
Sin embargo, los agujeros negros supermasivos más grandes en las simulaciones estándar de agujeros negros primordiales tienden a tener alrededor de 1 millón de masas solares, dice Maiolino. “Aquí somos 50 veces más masivos”, afirma. «Sin embargo, es cierto que se espera que estos agujeros negros primordiales estén fuertemente agrupados, por lo que es muy posible que hayan logrado fusionarse para volverse rápidamente mucho más masivos».
Otro problema es que los agujeros negros primordiales deberían requerir una explosión de radiación de alta energía para colapsar y formarse inicialmente, como una estrella cercana en explosión, pero no vemos ninguna fuente potencial cerca de QSO1, dice Maiolino.
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Un equipo de investigadores liderado por Liu Boyuan de la Universidad de Cambridge ha descubierto un agujero negro inusualmente masivo en el universo primitivo, que podría ser una especie de agujero negro exótico sin estrellas, teorizado por primera vez por Stephen Hawking. El agujero negro, llamado Abell 2744-QSO1, se encuentra en una galaxia distante de hace 13 mil millones de años y tiene una masa de aproximadamente 50 millones de veces la masa del sol. Sin embargo, lo que es extraño es que la galaxia que lo alberga está casi completamente desprovista de estrellas.
La formación de agujeros negros se cree que ocurre a partir de estrellas muy masivas que se quedan sin combustible y colapsan. Sin embargo, en este caso, la falta de estrellas en la galaxia sugiere que el agujero negro podría haberse formado de una manera diferente. Los investigadores sugieren que QSO1 podría haber comenzado como un agujero negro primordial, un objeto exótico que se habría formado a partir de fluctuaciones en la densidad del universo poco después del Big Bang.
Los agujeros negros primordiales se habrían evaporado y desaparecido en gran medida para cuando podamos ver con el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Sin embargo, existe la posibilidad de que algunos hayan sobrevivido y se hayan convertido en agujeros negros mucho más grandes, como QSO1. Los cálculos de Liu y su equipo coincidían aproximadamente con sus observaciones, pero eran simples y no tenían en cuenta la compleja interacción entre los agujeros negros primordiales, las nubes de gas y las estrellas.
Para investigar más a fondo, los investigadores realizaron simulaciones más detalladas de cómo habrían crecido los agujeros negros primordiales en los primeros cientos de millones de años del universo. Calcularon cómo el gas habría girado alrededor de un pequeño agujero negro primordial inicial, y también cómo las estrellas recién formadas y las estrellas moribundas habrían interactuado con él. Sus predicciones para la masa final del agujero negro y los elementos más pesados que contiene coinciden con lo que observaron para QSO1.
Aunque las simulaciones no son decisivas, sugieren que los agujeros negros primordiales podrían ser una fuente viable de QSO1. Roberto Maiolino, de la Universidad de Cambridge, quien formó parte del equipo que descubrió originalmente el agujero negro, afirma que «el hecho de que logren igualar las propiedades de QSO1, tanto en términos de masa del agujero negro como de masa estelar y de enriquecimiento químico, es muy interesante y alentador».
Sin embargo, todavía existen algunos problemas con la teoría de los agujeros negros primordiales. Los agujeros negros supermasivos más grandes en las simulaciones estándar de agujeros negros primordiales tienden a tener alrededor de 1 millón de masas solares, lo que es mucho menor que la masa de QSO1. Además, los agujeros negros primordiales deberían requerir una explosión de radiación de alta energía para colapsar y formarse inicialmente, como una estrella cercana en explosión, pero no vemos ninguna fuente potencial cerca de QSO1.
En resumen, el descubrimiento de QSO1 ha abierto una nueva posibilidad para la formación de agujeros negros en el universo primitivo. Aunque la teoría de los agujeros negros primordiales es atractiva, todavía existen muchos desafíos y preguntas que deben ser respondidas. Los investigadores seguirán estudiando QSO1 y otros agujeros negros similares para tratar de entender mejor la formación y evolución de estos objetos en el universo.
La búsqueda de agujeros negros primordiales es un área de investigación activa y emocionante en la astrofísica actual. La detección de objetos como QSO1 puede proporcionar pruebas importantes para la teoría de los agujeros negros primordiales y, en general, para nuestra comprensión del universo en sus primeros momentos. A medida que la tecnología y las observaciones continúen mejorando, es probable que descubramos más objetos como QSO1 y que podamos ahondar en los misterios del universo.
En cuanto a la formación de agujeros negros, la teoría tradicional sugiere que se forman a partir de estrellas muy masivas que se quedan sin combustible y colapsan. Sin embargo, la existencia de agujeros negros primordiales sugiere que puede haber otras formas en que se pueden formar estos objetos. La investigación en este área puede ayudar a explicar la formación de agujeros negros en diferentes entornos y condiciones, lo que puede tener implicaciones importantes para nuestra comprensión del universo.
En general, el descubrimiento de QSO1 y la investigación sobre agujeros negros primordiales son ejemplos de cómo la ciencia puede sorprendernos y desafiar nuestras suposiciones actuales. La búsqueda de conocimiento y la exploración del universo pueden llevarnos a descubrimientos inesperados y a una comprensión más profunda de la naturaleza del cosmos.