Si los primeros agujeros negros colapsaran directamente, ¿podríamos detectar señales de radio de esos momentos?

El universo está lleno de agujeros negros supermasivos. Hay uno a 30.000 años luz de distancia en el centro de la Vía Láctea. La mayoría de las galaxias tienen una sola galaxia y algunas son más masivas que mil millones de estrellas. Sabemos que muchos agujeros negros supermasivos se formaron en el universo temprano. Por ejemplo, el quásar TON 618 está alimentado por un agujero negro con una masa de 66 mil millones de términos solares. Con su luz viajando aproximadamente 11 mil millones de años para alcanzarnos, TON 618 ya era masivo cuando el universo tenía unos pocos miles de millones de años. Entonces, ¿cómo crecieron estos agujeros negros tan masivos tan rápidamente?

Una idea es que algunos Las primeras estrellas fueron gigantes. Con una masa de más de 10.000 soles, una estrella de este tipo tendría una vida extremadamente corta y pronto colapsaría en un gran agujero negro. Estos primeros agujeros negros actuarán como semillas en el centro de la galaxia, consumiendo material cercano para crecer rápidamente en tamaño. Algunos de ellos incluso pueden chocar y fusionarse para formar un agujero negro más grande. Si bien es un modelo razonable, las simulaciones por computadora han descubierto que este proceso lleva mucho tiempo. Este proceso no puede producir el tipo de agujeros negros que vemos en el universo temprano como TON 618.

Una imagen directa del agujero negro supermasivo de M87. Crédito: Colaboración EHT

Otra idea se conoce como escenario de colisión directa. En este modelo, se forma una vez un pequeño agujero negro supermasivo. El gas denso en el medio de la galaxia primordial se enfrió lo suficiente como para colapsar por su propio peso, formando un agujero negro. Dado que estos agujeros negros tendrán una ventaja en masa, pueden convertirse rápidamente en los agujeros negros supermasivos que observamos.

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Todavía no hemos podido observar el colapso directo de un agujero negro (DCBH). Hace unos años, dos DCBH candidatos fueron descubiertos por sus señales infrarrojas. Eso puede confirmarse cuando (posiblemente) se lancen los telescopios espaciales James Webb a finales de este año. Pero un estudio reciente sostiene que podemos estar observando DCBH a través de sus firmas de radio.

Cuando los agujeros negros consumen activamente materia cercana, pueden formar poderosas ráfagas de plasma caliente. Estos chorros emiten sonido radiactivo y son una de las formas en que aprendemos sobre los agujeros negros supermasivos. Los agujeros negros de colapso directo deberían contener chorros similares, pero el material del chorro sería mucho más denso. Y dado que los DCBH se formarán en el universo temprano, sus señales de radio se desplazarán más al rojo. Este último trabajo sostiene que la firma de radio de los DCBH será similar en estructura, pero fácilmente distinguible de los chorros de radio que vemos hoy. La firma también diferirá de los chorros creados por las semillas negras.

Desafortunadamente, estos radiotelescopios actuales no pueden ver estas fuentes de radio de alto corrimiento al rojo. Pero debería ser lo suficientemente brillante para ser detectado por Square Kilometer Array (SKA) y el Very Large Array propuesto de próxima generación (ngVLA).

Referencia: Yue, B y A. Ferrara. “Señales de radio de los agujeros negros colapso directo temprano. ” Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society 506.4 (2021): 5606-5618.

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