Hace unos 13 mil millones de años, cuando nuestro universo todavía era solo un inicio inestable, el cosmos golpeó una racha creativa y produjo agujeros negros supermasivos a la izquierda, derecha y centro.
Los astrónomos aún pueden echar un vistazo a estas reliquias del universo primitivo cuando miran los cuásares, objetos increíblemente grandes y extraordinariamente brillantes que se cree que funcionan con viejos agujeros negros miles de millones de veces más masivos que el sol de la Tierra. Sin embargo, la existencia misma de estos objetos antiguos plantea un problema. Muchos quásares parecen originarse en los primeros 800 millones de años del universo, mucho antes de que las estrellas puedan crecer o envejecer lo suficiente como para colapsar bajo su propia masa, explotar en una supernova y formar un agujero negro.
Entonces, ¿de dónde vienen estos viejos agujeros en la estructura del espacio-tiempo? Según una teoría popular, tal vez todo lo que se necesita es una gran cantidad de gas.
En un nuevo estudio, publicado el 28 de junio en The Astrophysical Journal Letters, los investigadores ejecutaron un modelo de computadora para mostrar que ciertos agujeros negros supermasivos en el universo muy temprano podrían haberse formado simplemente acumulando una cantidad gigantesca de gas en una nube gravitacionalmente unida. Los investigadores descubrieron que, en unos pocos cientos de millones de años, una nube lo suficientemente grande podría colapsar bajo su propia masa y crear un pequeño agujero negro, no se requiere supernova.
Estos objetos teóricos se conocen como colapso directo de los agujeros negros (DCBH). Según el experto en agujeros negros Shantanu Basu, autor principal del nuevo estudio y astrofísico de la Western University en Londres, Ontario, una de las características definitorias de los DCBH es que deben haberse formado muy, muy rápidamente en un período de tiempo muy breve en el universo primitivo
"Los agujeros negros se forman a lo largo de solo 150 millones de años y crecen rápidamente durante este tiempo", dijo Basu a Live Science en un correo electrónico. "Los que se forman en la primera parte de la ventana de tiempo de 150 millones de años pueden aumentar su masa en un factor de 10 mil".
¿Cómo se convierte una nube de gas en un agujero negro? Según un estudio de 2017, dicha transformación requiere dos galaxias con personalidades muy diferentes: una de ellas es una superproductora cósmica que está formando muchas estrellas bebés y la otra un montón de gas sin estrellas de bajo perfil.
A medida que se forman nuevas estrellas en la ajetreada galaxia, emiten una corriente constante de radiación caliente que se extiende sobre la galaxia vecina, evitando que el gas allí se una en sus propias estrellas. En unos pocos cientos de millones de años, esa nube de gas sin estrellas podría acumular tanta materia que simplemente colapsaría por su propio peso, formando un agujero negro sin producir una estrella, descubrió Basu.
Pronto, este agujero negro de "semilla" podría llegar a alcanzar un estado supermasivo engullendo rápidamente la materia de las nebulosas cercanas, posiblemente dando a luz a los gigantescos cuásares que podemos ver hoy.
Según Basu, este acto de coreografía cósmica puede haber sido posible solo durante un breve lapso de tiempo, dentro de los primeros 800 millones de años de la vida del universo, antes de que el espacio se llenara demasiado de estrellas y otros agujeros negros para que el proceso ocurriera. Dentro de mil millones de años después del Big Bang, es posible que ya haya habido tanta radiación de fondo en el universo que un agujero negro supermasivo tendría dificultades para encontrar suficiente gas para absorber y continuar su crecimiento exponencial.
"Asumimos que no habrá nueva producción de agujeros negros después de este período de 150 millones de años", dijo Basu. "Esto explica por qué hay una fuerte caída en el número de agujeros negros por encima de cierta masa y luminosidad en el universo".
Si bien los DCBH siguen siendo teóricos por ahora, algunos astrónomos piensan que el Telescopio Espacial Hubble pudo haber captado tal objeto formándose, en 2017. Según los autores de un estudio de ese año sobre el tema, una estrella gigante simplemente desapareció ante la cámara del Hubble ojo, desapareciendo sin el destello revelador de una supernova. La mejor explicación, escribieron los investigadores, es que la estrella masiva simplemente colapsó en un agujero negro sin ninguna pompa ni fuegos artificiales.
Durante la encuesta de varios años que culminó en ese estudio de 2017, otras seis estrellas cercanas explotaron en fuego y furia, lo que sugiere que aproximadamente 1 de cada 7 (14%) estrellas grandes alcanzan sus extremos simplemente desapareciendo en el vacío.
