Los astrónomos han encontrado la mejor evidencia de un agujero negro de una clase esquiva conocida como “de masa intermedia”, que delató su existencia al desgarrar una estrella descarriada que pasó demasiado cerca. Crédito de la imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center
Como revelan las simulaciones detalladas de la formación estelar, las colisiones descontroladas en una nube molecular gigante pueden producir estrellas muy masivas que son precursoras de agujeros negros de masa intermedia.
Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de las galaxias, tienen una masa de más de 100.000 soles. Los agujeros negros de masa estelar, que son muy comunes en los sistemas binarios en los que un agujero negro absorbe material de una estrella compañera, suelen tener menos de 50 masas solares. Pero las observaciones de agujeros negros con masas intermedias han sido bastante escasas y a veces controvertidas, y la forma en que podrían formarse esos agujeros negros de masa intermedia sigue siendo objeto de debate. Michiko Fujii (Universidad de Tokio) y sus colegas han realizado simulaciones estrella por estrella que respaldan la idea de que la formación de esos misteriosos agujeros negros de tamaño intermedio puede resultar del nacimiento de estrellas en cúmulos densos.
Se cree que uno de los posibles anfitriones de los agujeros negros de masa intermedia es un grupo denso de estrellas llamado cúmulos globulares, que se encuentran en el halo galáctico de la Vía Láctea. Fujii y sus colegas han creado un código complejo que puede contener entre cientos de miles y millones de estrellas individualmente resueltas. Desde sus inicios, el código se ha utilizado para simular el nacimiento de la nebulosa de Orión, así como de los cúmulos globulares.
Las simulaciones comienzan con una nube de gas molecular enorme que contiene entre 105 y 106 masas de materia solar. Las estrellas comienzan a crecer, interactuar y fusionarse en el centro de la nube como resultado de la alta densidad de gases. Otros modelos de cúmulos globulares se han centrado en la formación o colisiones de estrellas. Fujii y sus compañeros descubrieron que la combinación de ambos crea las condiciones para que se produzcan las colisiones descontroladas necesarias para formar una estrella muy masiva.
Las estrellas muy masivas (de más de 103 masas solares), mucho mayores que cualquier estrella observada por el ser humano, se crean a partir de múltiples fusiones de estrellas grandes antes de colapsar en agujeros negros. Pero a medida que las estrellas crecen, generan vientos estelares más fuertes que los llevan a perder masa. La competencia entre la pérdida y la acumulación de masa puede limitar el tamaño de las estrellas. Según el nuevo estudio, más estrellas se fusionan entre sí y la masa se acumula más rápido de lo que se pierde porque la densidad de la nube de gas que rodea a las estrellas aumenta el potencial gravitatorio que mantiene compacto el cúmulo estelar. Una estrella lo suficientemente grande como para colapsar en un agujero negro de tamaño medio se formará finalmente.
Los investigadores se preguntan si los agujeros negros de masa intermedia favorecen el desarrollo de sus homólogos supermasivos. Aunque los hallazgos muestran que algunos de los mayores agujeros negros supermasivos observados se formaron cuando el universo tenía menos de mil millones de años, aún no está claro cómo crecieron tan rápidamente.
Las simulaciones realizadas por Fujii y sus colegas confirman que los cúmulos globulares son un buen objetivo para la búsqueda de más observaciones de agujeros negros de masa intermedia. Fujii tiene la intención de continuar aumentando el tamaño de sus simulaciones estrella a estrella con el objetivo de simular galaxias enanas y, eventualmente, galaxias del tamaño de la Vía Láctea.
REFERENCIAS
SIRIUS Project – IV. The formation history of the Orion Nebula Cluster driven by clump mergers. Michiko S Fujii, Long Wang, Yutaka Hirai, Yoshito Shimajiri, Jun Kumamoto, Takayuki Saitoh. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: https://academic.oup.com/mnras/article/514/2/2513/6598819?login=false
