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Una nueva investigación sugiere que las colisiones entre estrellas en el universo temprano eran comunes, lo que podría ayudar a explicar el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos y la existencia de extraños pequeños puntos rojos vistos por el Telescopio Espacial James Webb (JWST).
El equipo detrás de esta investigación realizó simulaciones del universo temprano y descubrió que los sistemas estelares estaban densamente poblados, lo que provocaba que las estrellas chocaran con frecuencia entre sí. Si bien las colisiones rápidas habrían destruido las estrellas involucradas, las colisiones más lentas habrían llevado a fusiones repetidas, creando estrellas individuales demasiado masivas, que podrían colapsar y formar agujeros negros más grandes de lo habitual al final de sus vidas. Estas podrían ser las semillas de los primeros agujeros negros supermasivos.
Todavía existen entornos estelares densos en el universo moderno en el corazón de las galaxias; sin embargo, estos no son propicios para los tipos de colisiones que darían lugar a estrellas ultramasivas. Esto se debe a que ya hay agujeros negros supermasivos en el corazón de las galaxias modernas, y su inmensa influencia gravitacional acelera las estrellas en órbita, lo que significa que las colisiones que ocurren son de alta velocidad y destructivas, por lo que no logran generar estrellas supermasivas.
“Quizás el resultado más extraño de nuestras simulaciones es que las estrellas pueden fusionarse repetidamente dentro del cúmulo hasta formar una estrella gigantesca con una masa igual a la de todo un cúmulo”, dijo en un comunicado Claire Williams, miembro del equipo de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). “Cuando una estrella de este tamaño llega al final de su vida, los modelos sugieren que puede que no tenga más opción que colapsar sobre sí misma y formar un agujero negro masivo”.
Dios mío, ¿no has crecido? ¿Cómo es posible que los agujeros negros supermasivos se hicieran tan grandes y tan rápido?
La existencia de agujeros negros supermasivos antes de que el universo tuviera siquiera mil millones de años es algo que ha desconcertado a los astrónomos desde que el JWST comenzó a detectarlos en 2022.
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Esto se debe a que los agujeros negros deberían necesitar al menos mil millones de años para completar los procesos de alimentación y fusión que dan como resultado un estado “supermasivo” al poseer millones o miles de millones de veces la masa del sol.
Una sugerencia presentada por los científicos para explicar esto es que los agujeros negros supermasivos no empiezan desde cero. En cambio, se forman a partir de semillas de agujeros negros llamados agujeros negros de masa intermedia.
Normalmente, cuando una estrella masiva colapsa, genera un agujero negro de masa estelar que posee una masa entre 10 y 100 veces la masa del sol. Es considerablemente más pequeño que los agujeros negros supermasivos que dominan los corazones de todas las galaxias modernas con masas de millones a miles de millones de veces la masa de nuestra estrella.
Se cree que los agujeros negros de masa intermedia se encuentran entre estas dos familias de titanes cósmicos con masas entre 100 y 100.000 veces la del sol. El problema es que ninguna estrella debería tener suficiente masa para colapsar y crear un agujero negro de masa intermedia. Pero esto es válido sólo para las condiciones que vemos en el universo “moderno” de 13.800 millones de años en nuestra inmediata vecindad cósmica. Las condiciones eran muy diferentes más allá en el universo y más atrás en el tiempo.
De hecho, estas semillas surgieron de estas nuevas simulaciones en entornos de densa acumulación de estrellas, lo que podría resolver este misterio al permitir que esos procesos de crecimiento tengan una ventaja.
“Los densos cúmulos de estrellas proporcionan un lugar de nacimiento natural para semillas de agujeros negros masivos en nuestro modelo”, dijo Williams. “El mismo entorno que forma el agujero negro también puede proporcionar estrellas y gas que influyen en su crecimiento posterior”.
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Sin embargo, esto podría ser un trato de dos por uno. El JWST también ha estado descubriendo de forma rutinaria cuerpos astronómicos llamados Little Red Dots en el universo primitivo. Los pequeños puntos rojos son curiosos porque parecen haber desaparecido por completo cuando el cosmos alcanzó los 2 mil millones de años.
Little Red Dots el elefante cósmico en la habitación
Los pequeños puntos rojos son objetos extremadamente compactos del universo primitivo que reciben su apodo del hecho de que parecen puntos rojos.
“Los pequeños puntos rojos son un tema candente en astronomía. Se pueden comparar los estudios de personas que intentan comprender los pequeños puntos rojos con la historia de personas ciegas que intentan describir un elefante tocándolo, y cada persona lo describe de manera diferente según la parte que toca”, dijo Smadar Naoz, miembro del equipo e investigador de UCLA. “Nuestra investigación conecta varias de esas perspectivas y puede ayudarnos a ver más del elefante”.
Ha habido muchas sugerencias sobre la verdadera naturaleza de estos objetos, pero una teoría sugiere que poseen un agujero negro en rápido crecimiento en sus corazones.
Las simulaciones del equipo sugieren que los Little Red Dots pueden ser densos cúmulos de estrellas que se ven constantemente sacudidos por repetidas colisiones estelares. Esto da como resultado una estrella muy grande, que eventualmente colapsa para convertirse en un agujero negro de masa intermedia.
Pero si ese es el caso, ¿por qué no había pequeños puntos rojos para celebrar el cumpleaños número 2 mil millones del universo?
Menos de mil millones de años después del Big Bang, el universo carecía de galaxias espirales bien ordenadas, sino que estaba lleno de densos y caóticos cúmulos de nacimiento de estrellas. Como estas regiones se vieron sacudidas por frecuentes colisiones estelares, las condiciones eran adecuadas para que se formaran estrellas ultramasivas y colapsaran en agujeros negros de masa intermedia.
Sin embargo, a medida que el universo se enfrió y expandió, estos sitios se convirtieron en los componentes básicos de galaxias mucho menos caóticas. Por lo tanto, si los Little Red Dots son cúmulos de estrellas caóticos necesarios para formar agujeros negros de masa intermedia, el progreso hacia un estado de equilibrio podría explicar por qué desaparecieron repentinamente del universo. El cosmos simplemente ya no era lo suficientemente extremo como para mantener a Little Red Dots.
La investigación del equipo fue publicada el lunes (26 de octubre) en el Astrophysical Journal.