Es posible que un grupo de investigación finalmente haya resuelto el misterio detrás de la formación del agujero negro promedio. Mediante simulaciones, demostraron por primera vez que las estrellas de cúmulos globulares se fusionan para formar estrellas masivas unos miles de veces más grandes que el Sol. Estas estrellas masivas a veces evolucionan hasta convertirse en agujeros negros intermedios.

El grupo, dirigido por Michiko Fujii de la Universidad de Tokio e incluido Yutaka Hirai de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Notre Dame, informó sobre sus logros en la revista. Ciencias El 31 de mayo de 2024.

En términos de tamaño, los agujeros negros intermedios se encuentran entre los agujeros negros estelares más pequeños y los agujeros negros supermasivos más grandes. El mecanismo por el cual se forman ha desconcertado a los astrónomos durante mucho tiempo, pero algunos han planteado la hipótesis de que se forman mediante la fusión de estrellas o mediante la acumulación de masa del entorno circundante.

Los cúmulos globulares son grupos de estrellas unidas por la gravedad y suelen contener unos pocos millones de estrellas. Algunos estudios sugieren que en el centro de estos cúmulos pueden existir agujeros negros de masa intermedia, con una masa de unos pocos miles de masas solares. Sin embargo, su existencia sigue siendo controvertida. Estos agujeros negros son más difíciles de detectar en comparación con los agujeros más pequeños o supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias.

Dado que hay tantas estrellas muy cercanas, deberían producirse «colisiones descontroladas» entre estrellas. Las colisiones desbocadas forman estrellas muy masivas debido a colisiones catastróficas y fusiones de estrellas en regiones extremadamente densas en los centros de los cúmulos estelares. Este proceso también puede conducir a la formación de agujeros negros de masa intermedia en cúmulos globulares.

Para probar esta teoría, los investigadores necesitan reproducir los movimientos de cada estrella en los cúmulos estelares. Sin embargo, los científicos aún no han logrado realizar tales cálculos debido a limitaciones en las capacidades computacionales y problemas algorítmicos.

«Resolvimos estos problemas integrando el código de simulación de cúmulos estelares en el código de simulación hidrodinámica», dice Hirai. «Hemos realizado con éxito una simulación de la formación de cúmulos de estrellas, que tuvo en cuenta el comportamiento de las estrellas individuales. Además, la simulación puede tener en cuenta colisiones estelares descontroladas en cúmulos de estrellas mediante colisiones y fusiones entre estrellas».

Al realizar simulaciones de formación de cúmulos estelares a partir de nubes moleculares, Hirai y sus colegas reprodujeron el proceso de formación de cúmulos globulares que contienen millones de estrellas. Además, descubrieron que durante este proceso se formaban estrellas muy masivas, 10.000 veces más grandes que el Sol. Los modelos teóricos de evolución estelar predicen que estas estrellas excepcionalmente masivas pueden eventualmente evolucionar hasta convertirse en agujeros negros de masa intermedia, hasta tres mil o cuatro mil veces la masa del Sol.

«Nuestro estudio indica teóricamente la existencia de agujeros negros de masa intermedia en cúmulos globulares, y esperamos que los telescopios de próxima generación como ELT y TMT puedan confirmar su existencia mediante observaciones», añade Hirai.

Detalles de la publicación:

Título: Las simulaciones predicen la formación de agujeros negros de masa intermedia en cúmulos globulares

Autores: Michiko S. Fujii, Long Wang, Ataru Tanikawa, Yutaka Hirai y R. Takayuki. saitoh

Revista: Ciencia

Identificación digital: 10.1126/ciencia.adi4211