Aquí pueden nacer los misteriosos agujeros negros de masa intermedia

Según las teorías vigentes deberían de existir, también, agujeros negros de masa intermedia, es decir, con masas que oscilan entre 100 y algunas decenas de miles de veces la del Sol. Llamados IMBH por sus siglas en inglés (Intermediate Mass Black Holes) estos agujeros negros serían demasiado grandes para surgir del colapso de una estrella, pero demasiado pequeños para 'sostener' una galaxia entera a su alrededor. Muchos creen que los IMBH son el 'eslabón perdido' en la evolución de los agujeros negros, y su existencia apoyaría la idea de que los gigantescos agujeros negros supermasivos se van formando poco a poco, a partir de 'semillas' más pequeñas que no dejan de crecer a base de engullir materia.

Sea como sea, lo cierto es que a los astrónomos les está costando mucho dar con uno. Razones no faltan, ya que los IMBH no surgen a partir de una explosión estelar que se ve desde medio Universo, ni tampoco tienen una fuente permanente de alimentación que revele su presencia, como sucede con los agujeros supermasivos de los centros galácticos. Los agujeros negros de masa intermedia vagan solitarios y oscuros por el espacio, y solo se hacen visibles en raras ocasiones, cuando devoran a una estrella que se ha tenido la desgracia de cruzarse en su camino, o cuando se topan con una densa nube de polvo y gas de la que se alimentan por algún tiempo.

Algunos estudios ya han reclamado el honor de haber descubierto los primeros IMBH, pero lo cierto es que ninguno de ellos ha conseguido todavía aportar pruebas concluyentes. De modo que, por ahora, los agujeros negros de masa intermedia siguen siendo objetos hipotéticos. Los diferentes trabajos, sin embargo, sí que han servido para sugerir los lugares más probables donde buscarlos. Y uno de esos lugares son los 'cúmulos globulares', densos 'paquetes' de forma esférica que pueden contener desde decenas de miles a varios millones de estrellas y en los que las estrellas individuales están tan cerca unas de otras que iluminarían las noches de un planeta cercano casi como si fuera de día.

Ahora, un estudio conjunto dirigido Michiko Fujii, de la Universidad de Tokio, ha conseguido demostrar un posible mecanismo de formación de agujeros negros de masa intermedia, precisamente en el interior de cúmulos globulares. Las simulaciones de formación de cúmulos masivos llevadas a cabo por Fujii y sus colegas, en efecto, revelaron que nubes las moleculares lo suficientemente densas, los «nidos» donde nacen estos cúmulos, pueden dar origen también a estrellas extraordinariamente masivas que, tras su colapso, pueden convertirse en agujeros negros de masa intermedia. El estudio se publica esta misma semana en la revista 'Science'.

«Observaciones anteriores -explica Fujii-, ya sugerían que algunos cúmulos globulares masivos albergan un agujero negro de masa intermedia. Pero hasta ahora no ha habido pruebas teóricas sólidas que demuestren la existencia de IMBH con 1.000-10.000 masas solares en comparación con otros menos masivos (de masa estelar) o más masivos (supermasivos)».

La imagen de un nido puede evocar calidez y tranquilidad, pero no cuando hablamos de un 'nido' de estrellas. Los cúmulos globulares, en efecto, se forman en medio de una gran agitación. Miles de estrellas nacen casi al mismo tiempo en un espacio reducido y por el que deben competir, lo que provoca que las recién nacidas choquen entre sí, y se fusionen en estrellas más grandes. Así, y a medida que van creciendo, las fuerzas gravitacionales crecen con ellas. Las repetidas colisiones estelares en la densa región central de los cúmulos provoca lo que los astrónomos llaman 'colisiones desbocadas'. Y ahí, en esas condiciones extremas, pueden surgir gigantescas estrellas con más de 1.000 masas solares. Estrellas que, en potencia, podrían evolucionar hasta convertirse en IMBH. Sin embargo, simulaciones anteriores de cúmulos ya formados sugieren que los vientos estelares se habrían llevado la mayor parte de esa masa, dejándolos a los agujeros demasiado pequeños como para pertenecer a la buscada categoría intermedia. Para investigar si los IMBH podrían realmente formarse en esas condiciones, los investigadores necesitaban simular un cúmulo mientras aún se estaba formando.

«Las simulaciones de formación de cúmulos de estrellas siempre han sido un desafío debido al coste de la simulación -dice-. Ahora, por primera vez hemos realizado con éxito simulaciones numéricas de la formación de cúmulos globulares, modelando estrellas individuales. Al resolver estrellas individuales con una masa realista para cada una, pudimmos 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 gran precisión».

Y efectivamente, en la simulación las 'colisiones descontroladas' condujeron a la formación de estrellas muy masivas que evolucionaron hasta convertirse en agujeros negros de masa intermedia.

«Nuestro objetivo final -concluye Fujii- es simular galaxias enteras resolviendo estrellas individuales. Todavía es difícil simular galaxias del tamaño de la Vía Láctea resolviendo estrellas individuales con las supercomputadoras disponibles hoy en día. Sin embargo, sí que sería posible simular galaxias más pequeñas, como las galaxias enanas. También queremos centrarnos en los primeros cúmulos, cúmulos de estrellas que se formaron en el universo primitivo. Los primeros cúmulos también son lugares donde pueden nacer los IMBH».