Observaciones sugieren una nueva forma de generación de agujeros negros gigantes
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Un experimento mental descoloca a los astrofísicos:
Ponga usted el reloj al principio de los tiempos. Forme un agujero negro de la manera habitual, a través del colapso de una estrella masiva. Para hacerlo crecer, cébelo con gas, que se resistirá a ser devorado calentandose y dispersándose conforme se acerca a la horizonte de sucesos del agujero negro. Trate usted de hacer crecer un agujero negro lo suficientemente rápido como para explicar los que existieron en el universo real cuando tenía apenas mil millones de años: monstruos mil millones de veces más masivos que el sol, que generan las poderosas balizas llamadas quásares.
Es muy difícil, dice Amy Reines, un astrónomo de observación del Observatorio Nacional de Astronomía Óptica de Tucson, Arizona. El astrónomo Nico Cappelluti de la Universidad de Yale es más definitivo. No hay forma de hacer crecer un agujero negro tan grande a partir de un agujero negro estelar ordinario, dice. Pero él y otros ven indicios de un procedimiénto más rápido que involucra nubes de gas primordiales, como describieron la semana pasada en la reunión de invierno de la American Astronomical Society en Grapevine, Texas.
Algunos teóricos ya habían sugerido que, en lugar de venir de las estrellas colapsadas, los gigantescos agujeros negros en el universo primitivo podrían haber tenido otro origen. Las enormes nubes de gas dejadas por el big bang podrían haber encogido rápidamente bajo su propia gravedad y, en lugar de astillarse en muchas estrellas, condensarse en semillas de agujeros negros de 10 a 100 mil veces más pesadas que el sol. Esas semillas habrían crecido aún más, a billones de masas solares, succionando estrellas y gas. Pero aunque se han propuesto tímidamente algunos candidatos para tales objetos, estos agujeros negros de colapso directo serían difíciles de detectar y aún más difíciles de confirmar con la tecnología actual.
Una nueva pista para su posible existencia, que el equipo de Cappelluti presentó en la reunión, es una concordancia misteriosa que se encuentra entre representaciones del universo distante que dependen de diferentes longitudes de onda. Junto con el familiar fondo de microondas cósmico -el resplandor del big bang- el universo lejano está cubierto por un fondo infrarrojo que se cree que proviene de galaxias y estrellas demasiado débiles y distantes para ser vistas. Con todas las galaxias y estrellas conocidas eliminadas, el fondo infrarrojo es aproximadamente 20 veces más sucio de lo esperado. Similar suciedad tiene el fondo cósmico de rayos X, emitido por la materia que cae en los agujeros negros en el universo lejano. Y en el trabajo que Cappelluti y sus colegas se están preparando para su publicación, muestran que algunos de los parches infrarrojos y de rayos X coinciden, a través de una franja de cielo alrededor de tres veces más grande de lo previamente testado.
Cuanto más lo vemos, más confirmación encontramos, dice Cappelluti. En cuanto a la causa, se necesita tener fuentes que sean muy potentes en la banda de rayos X y en la banda del infrarrojo, y que no emiten nada en ninguna otra banda. El colapso directo de agujeros negros, engullendo nubes de gas densas en el universo temprano, podría encajar en este modelo.
Otro indicio proviene de una imagen del telescopio Chandra Deep Field South (telescopio de rayos X), que observó el mismo trozo de cielo durante un 81 días. Presentada en la reunión, la imagen muestra más de 2000 agujeros negros brillando intensamente mientras tragan materia. Probablemente no son agujeros negros recién nacidos de un colapso directo, dado que son demasiado cercanos y recientes, pero lo más importante es lo que no se ve: un ínfimo resplandor de agujeros negros pequeños que ganan poco a poco peso, como era de esperar si los agujeros negros supermasivos nacieran del tamaño de estrellas y crecieran gradualmente. Creo que es una pista de que los agujeros negros monstruosos podrían haber surgido rápidamente, a través del colapso directo, dice Niel Brandt, un astrónomo de la Universidad Estatal de Pensilvania en el Colegio Estatal que llevó al equipo a interpretar los datos.
Ninguna de las pistas es definitiva, y los modelos teóricos no dan una orientación clara sobre lo que los observadores deben buscar a continuación para confirmar que es psoible el colapso directo de los agujeros negros. Las predicciones del modelo son algo difusas, dice Brandt. Y aunque la astrónoma Asantha Cooray de la Universidad de California, Irvine, cree que la correlación entre la franja de infrarrojo y la franja de rayos X es real, podría haber una manera más fácil de explicarlo: halos sueltos de estrellas alrededor de galaxias. Confirmamos la medida, pero no podemos confirmar la interpretación, dice Cooray.
Los astrónomos planean otros abordajes a la cuestión, por ejemplo, las observaciones de galaxias enanas, entre las más prístinas del universo. Pueden ofrecer una idea de cómo se formaron las primeras semillas y tener un recuerdo del escenario de siembra, dice Reines. Si las semillas de agujero negro proceden de estrellas, el proceso debería haber dado a cada galaxia enana su propio agujero negro supermasivo. Pero si las semillas nacen grandes, bajo condiciones especiales, deberían ser más raras, y muchas galaxias enanas carecerían de un agujero negro.
Detectar directamente un agujero negro de colapso directo, sin embargo, puede requerir instrumentos futuros. El próximo Telescopio Espacial James Webb, por ejemplo, podría ver una condensación en luz infrarroja, mientras que el telescopio de rayos X Lynx propuesto podría detectar un agujero negro recién nacido, fresco de una nube colapsante, comiendo en sus primeras comidas
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