Los investigadores han descubierto que los esquivos agujeros negros de masa intermedia podrían formarse en densos cúmulos de estrellas que contienen entre decenas de miles y millones de estrellas muy compactas llamadas “cúmulos globulares“.
Un agujero negro de masa intermedia Tiene una masa entre 100 y 10.000 soles. son mas pesados que agujeros negros de masa solarque tienen un rango de masa entre 10 y 100 masas solares, pero más livianos que agujeros negros supermasivosque tienen masas equivalentes a millones o incluso miles de millones de soles.
Estos intermediarios cósmicos han resultado difíciles de descubrir para los astrónomos, y el primer ejemplo se encontró en 2012. Designado GCIRS 13Etiene una masa 1.300 veces la del sol y se encuentra a 26.000 años luz, hacia el centro galáctico de la Vía Láctea.
Uno de los misterios que rodean a los agujeros negros de masa intermedia tiene que ver con su formación. Nacen agujeros negros de masa estelar cuando las estrellas masivas colapsan, y Los agujeros negros supermasivos crecen de fusiones posteriores de agujeros negros cada vez más grandes. Sin embargo, una estrella lo suficientemente masiva como para morir y crear un agujero negro con miles de masas solares debería ser increíblemente rara y debería tener dificultades para retener esa masa cuando “muera”.
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Para investigar el misterio de cómo se forman estos agujeros negros de masa intermedia, un equipo de investigadores realizó la primera simulación estrella por estrella de cúmulos masivos. Esto demostró que un lo suficientemente denso nube molecular El “nido de nacimiento” de los cúmulos globulares podría crear estrellas lo suficientemente masivas como para colapsar y generar un agujero negro de masa intermedia.
“Observaciones anteriores han sugerido que algunos cúmulos estelares masivos, cúmulos globulares, albergan un agujero negro de masa intermedia”, dijo el líder del equipo y de la Universidad de Tokio. científica Michiko Fujii dijo en un comunicado. “Hasta ahora, no ha habido pruebas teóricas sólidas que demuestren la existencia de un agujero negro de masa intermedia con entre 1.000 y 10.000 masas solares en comparación con otros menos masivos (masa estelar) y más masivos (supermasivos)”.
Un lugar caótico donde nacieron los agujeros negros
El término “nido de parto” bien puede evocar imágenes y sentimientos de calidez, comodidad y tranquilidad, pero no podría ser menos apropiado para la formación de estrellas en cúmulos globulares.
Estos conglomerados de estrellas densamente poblados viven en caos y agitación, y las diferencias de densidad provocan que las estrellas colisionen y se fusionen. Ese proceso da como resultado que las estrellas acumulen masa, aumentando así su influencias gravitacionalesarrastrando más estrellas a su vecindad y, por tanto, impulsando cada vez más fusiones.
El proceso desenfrenado de colisión y fusión que se produce en el corazón de los cúmulos globulares puede conducir a la creación de estrellas con masas equivalentes a alrededor de 1.000 soles. Esa es suficiente masa para crear un agujero negro de masa intermedia, pero existe un obstáculo.
Los astrofísicos saben que cuando las estrellas colapsan y crean agujeros negros, gran parte de sus masas desaparecen. explosiones de supernovas o por vientos estelares. Simulaciones anteriores de creación de agujeros negros de masa intermedia han confirmado esto, sugiriendo además que incluso estrellas masivas con 1.000 masas solares terminarían siendo demasiado pequeñas para crear un agujero negro de masa intermedia.
Para descubrir si una estrella masiva podría “sobrevivir” con suficiente masa para generar un agujero negro de masa intermedia, Fujii y su equipo simularon un cúmulo globular a medida que se formaba.
“Por primera vez hemos realizado con éxito simulaciones numéricas de la formación de cúmulos globulares, modelando estrellas individuales”, dijo Fujii. “Al resolver estrellas individuales con una masa realista para cada una, podríamos reconstruir las colisiones de estrellas en un entorno muy compacto. Para estas simulaciones, hemos desarrollado un nuevo código de simulación en el que podríamos integrar millones de estrellas con alta precisión”.
En el cúmulo globular simulado, las colisiones y fusiones desbocadas condujeron a la formación de estrellas extremadamente masivas que podrían retener suficiente masa para colapsar y dar origen a un agujero negro de masa intermedia.
El equipo también descubrió que la simulación predijo una relación de masa entre el agujero negro de masa intermedia y el cúmulo globular dentro del cual se forma. Resultó que esa proporción coincide con las observaciones astronómicas reales.
“Nuestro objetivo final es simular galaxias enteras resolviendo estrellas individuales”, explicó Fujii. “Todavía es difícil simular galaxias del tamaño de la Vía Láctea resolviendo estrellas individuales utilizando los superordenadores disponibles actualmente. Sin embargo, sería posible simular galaxias más pequeñas como galaxias enanas“.
Fujii y su equipo también pretenden apuntar a los cúmulos de estrellas formados en el universo temprano. “Los primeros cúmulos son también lugares donde pueden nacer agujeros negros de masa intermedia”, afirmó.
La investigación del equipo fue publicada el jueves (30 de mayo) en la revista Science.