Simulación de un cúmulo de jóvenes galaxias de 30.000 años de tamaño
Simulación de un cúmulo de jóvenes galaxias de 30.000 años de tamaño - Advanced Visualization Lab, National Center for Supercomputing Applications

Descubren el origen de los monstruos escondidos en el centro de las galaxias

Un estudio sugiere una explicación para el nacimiento de los agujeros negros supermasivos de la mayoría de las galaxias

MADRIDActualizado:

Si pudiéramos montar en una nave espacial y recorrer el Universo, tendríamos que evitar en todo momento pasar cerca de los agujeros negros, auténticos pozos gravitacionales capaces de destruirnos y de expulsarnos de nuestro espacio-tiempo. El peligro más frecuente estaría en los agujeros negros estelares. Estos objetos tienen más o menos de 100 a 300 kilómetros de diámetro y una masa 20 ó 30 veces la de nuestro Sol, y nacen con la muerte violenta de algunos tipos de estrellas. Pero ahí fuera, existen monstruos mucho más aterradores, aunque también más raros: los agujeros negros supermasivos.

Estos objetos tienen al menos cientos de miles de masas solares y diámetros de millones de kilómetros. Se encuentran en el centro de las grandes galaxias y pueden producir jets de materia y de energía que miden miles de años luz. Si bien se comprende el origen de los agujeros negros estelares, el origen de los supermasivos es un tema de debate científico. ¿Cómo se formaron estos colosos? ¿Nacieron a la vez que sus galaxias o un poco después? Ahora, un estudio que se acaba de publicar en Nature ha propuesto una explicación para el origen de los agujeros negros supermasivos de la mayoría de las galaxias. En resumen, han asegurado que basta con que haya nubes de gas que se compacten de un modo muy rápido para que estos colosos nazcan incluso antes que sus galaxias.

«El hallazgo más importante de nuestro estudio es que hemos descubierto una forma natural para formar agujeros negros masivos en nubes de gas en rápido crecimiento antes de que se forme ninguna galaxia», ha destacado para ABC John Wise, autor para correspondencia del estudio e investigador en el Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.). «Nuestro modelo muestra que la semilla para un agujero negro supermasivo se forma antes que la galaxia, y que las estrellas se forman a su alrededor, creciendo continuamente», ha detallado.

Ampliación de la simulación de un halo de materia oscura en el que un disco gaseoso se rompe y acaba colapsando para formar estrellas supermasivas
Ampliación de la simulación de un halo de materia oscura en el que un disco gaseoso se rompe y acaba colapsando para formar estrellas supermasivas - John Wise, Georgia Institute of Technology

Muchos astrónomos han sugerido hasta ahora que estos colosos nacieron de agujeros negros pequeños formados tras el nacimiento de las primeras estrellas, y que luego contribuyeron a formar galaxias. Otros, que se formaron a la vez que sus galaxias. ¿Por qué tanta división de opiniones? En gran medida porque estudiar el nacimiento de los agujeros negros supermasivos requiere remontarse a la época en la que nacieron las galaxias, lo que implica mirar en los límites del Universo visible, a cerca de 13.000 millones de años luz, y enfrentarse con no pocas limitaciones.

¿Dónde nacen los mayores agujeros negros?

En esta ocasión, la investigación, realizada por científicos del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.), las universidades de California en San Diego, la estatal de Michigan y la Ciudad de Dublín, así como del centro de Supercomputación de IBM en San Diego, pudo superar algunas de estas limitaciones técnicas.

La idea es que la materia oscura, una forma de materia invisible pero cuyos efectos conocemos a través de la gravedad que genera, colapsa en enormes «grumos» que provocan una rápida acumulación de gas pre-galáctico. Esto evita la formación de estrellas y facilita el nacimiento de los agujeros negros masivos.

El origen de la mayoría de los agujeros

Esto echa por tierra la hipótesis que explicaba que los agujeros negros supermasivos se formaban en nubes gaseosas bombardeadas por la potente radiación de galaxias vecinas. Además, el estudio también concluye que este modo de formación explica el origen de la mayoría de los agujeros negros masivos observados, tanto en el Universo temprano como en las galaxias observadas hoy en día. Por último, el trabajo «sugiere que los agujeros negros de masas intermedia –un tipo de objeto que no se ha observado pero que en principio debería de existir– no son los ancestros de los agujeros negros supermasivos», en palabras de Wise.

Sin embargo, la cuestión está lejos de quedar resuelta: «Nuestro modelo puede explicar el nacimiento de la mayoría de los agujeros negros supermasivos, especialmente los que están en galaxias más típicas, como la Vía Láctea, pero no de todos», ha dicho Wise.

Además, este modelo se deja fuera el origen de los agujeros negros más grandes, cuyo nacimiento explicó el equipo de Shingo Hirano en 2017, y vinculado con la existencia de corrientes supersónicas en nubes de gas.

El Universo dentro de un ordenador

La investigación está basada en una compleja simulación, realizada entre 2014 y 2017 por el supercomputador Blue Waters, para representar la evolución temprana del Universo en la que se formaron las primeras estrellas y galaxias. En concreto, los científicos se fijaron en diez halos de materia oscura cuya masa les habría permitido formar estrellas pero que, en su lugar, solo tenían una densa nube de gas.

Después, con el supercomputador Stampede2, resimularon la evolución de dos de estos halos, cada uno de un tamaño de 2.400 años luz, y trataron de estudiar con gran resolución su evolución, tan solo 270 millones de años después del Big Bang.

Así, pudieron observar las turbulencias y el flujo de gas del interior y el nacimiento de precursores de agujeros negros cuya velocidad de crecimiento resultó ser tremenda.

Por tanto, esta investigación es capaz de explicar el origen de la mayoría de los agujeros negros supermasivos, que se pueden encontrar en galaxias típicas, como la Vía Láctea. Pero harán falta más estudios para estudiar la evolución de esos agujeros y su relación con la evolución de las galaxias.

«Nuestro próximo objetivo es analizar el posterior desarrollo de esos exóticos objetos», ha dicho en un comunicado John Regan, coautor del estudio. «¿Dónde están esos agujeros negros hoy en día? ¿Podemos detectarlos en nuestro Universo Local o a través de ondas gravitacionales?», se ha preguntado.

Sea como sea, parece que si se quiere entender cómo y cuándo nacieron las galaxias como la nuestra, y cuál es su evolución, debemos estudiar también el nacimiento y la naturaleza de unos extraños vecinos de nuestro mundo a los que llamamos agujeros negros. Unos objetos que, por cierto, podrían esconder secretos fundamentales del espacio-tiempo y la física cuántica.