Un enorme agujero negro en el universo temprano es mucho más grande de lo que debería ser para su edad, basado en lo que sabemos sobre la formación de agujeros negros. Entonces podría haber otra forma de hacer agujeros negros?
En 2023, los astrónomos que usan el Telescopio espacial James Webb (JWST) y el Observatorio de rayos X de Chandra manchado uhz1La casa de un gigantesco agujero negro que existía cuando el universo tenía solo 470 millones de años.
El agujero negro de UHZ1 pesa alrededor de 40 millones de masas solares. Si bien eso es mucho más pequeño que el más grande agujeros negros supermasivos detectado, sigue siendo un whopper teniendo en cuenta cómo temprano en el Historia del universo apareció.
De hecho, es demasiado grande. La única forma conocida de crear agujeros negros es a través de la muerte de estrellas masivas. Cuando las grandes estrellas mueren, dejan agujeros negros hasta unas pocas docenas de veces la masa del sol. A partir de ahí, pueden crecer hasta proporciones gigantescas fusionándose con otros agujeros negros y acumulando material de su entorno.
Todo esto está bien, pero el problema con UHZ1, y algunos de sus amigos, es que no hay suficiente tiempo para pasar de pequeñas semillas a monstruos supermasivos. El crecimiento de los agujeros negros está limitado por algo llamado la tasa de Eddington. A medida que el material cae en un agujero negro, se comprime, se calienta y emite radiación. Esta radiación evita que más material caiga demasiado rápido; Actúa como una válvula natural para mantener cualquier agujero negro en una dieta lenta y estable.
Para que UHZ1 nazca de un agujero negro de masa estelar, tendría que acumular material más rápido de lo que permitiría la tasa de Eddington. Aunque es posible romper el límite de Eddington en ciertos casos, tendría que mantener ese ritmo durante más de 100 millones de años, lo que se esfuerza por la credibilidad.
Entonces, tal vez UHZ1 no nació de la muerte de una estrella. Tal vez algo más grande colapsó por sí solo para crear una semilla lo suficiente que podría crecer al estado supermasivo en un tiempo lo suficientemente corto.
Pero el universo temprano no era exactamente un lugar complicado. No había ninguno estrellas, galaxias o incluso elementos pesados. Solo había nubes gigantes de hidrógeno prístino y helio que flotaban, en su forma lenta y estable de convertirse en el rico tapiz del cosmos moderno.
Los astrofísicos se dieron cuenta de que podría ser posible que estas nubes de gas gigantes colapsen por su cuenta. El truco es mantenerlos lo suficientemente calientes. Si se enfrían demasiado rápido, entonces en lugar de colapsarse como una entidad monolítica, se fragmentan en muchos bolsillos más pequeños, produciendo un lote de estrellas de tamaño normal.
Elementos más pesados que el helio, conocidos como “metales” en la jerga de astronomíason muy eficientes para enfriar las nubes de gas, porque pueden emitir radiación en una variedad de longitudes de onda. Pero esos están ausentes en el universo temprano. El hidrógeno molecular también puede hacer el truco. Pero si hay suficiente radiación ultravioleta (UV) que explota alrededor de esas nubes de gas, entonces rompe las moléculas y mantiene el hidrógeno en su estado atómico.
Si las condiciones son correctas, la nube de gas colapsa en una estructura gigantesca, similar a una estrella, que puede pesar más de 10,000 masas solares. Inmediatamente, un agujero negro se forma en su núcleo, que luego absorbe el material circundante, rápidamente se extiende a una masa de más de 1,000, o incluso 10,000, veces las veces la Misa del sol.
Pero hay un problema: no sabemos cómo generar tanta radiación UV en el universo temprano. La fuente más práctica de radiación UV son las estrellas, que son escasas … antes de la aparición de estrellas.
En los últimos años, los astrofísicos han reunido una variedad de propuestas para mantener calentadas las nubes de gas de hidrógeno. Algunas ideas dependen de las primeras estrellas en el amanecer cósmico para calentar los grupos cercanos. Otros son más exóticos, dependiendo de formas hipotéticas de materia oscura Eso podría convertirse en radiación en los primeros días embriagadores del universo.
En última instancia, no estamos seguros de cómo los agujeros negros gigantes se volvieron tan grandes en el universo temprano. Podría ser del colapso directo; Podría ser de algún proceso exótico; Podría ser de algo que aún no hemos descubierto. Pero eso es exactamente por qué instrumentos como JWST son tan útiles: crean misterios, pero con suerte, también ayudan a resolver esos rompecabezas.