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Una maravilla astronómica oculta: ¿cómo el colapso directo de un agujero negro desentraña el misterio de la formación de los agujeros negros supermasivos?
Este tipo de prototipo de agujero negro se propuso originalmente para abordar el desafío de observar agujeros negros supermasivos en un corrimiento al rojo z~7, lo que ha sido confirmado por muchas observaciones.
Mecanismo de formación
Se cree que los agujeros negros de colapso directo (DCBH) son los prototipos de los agujeros negros gigantes formados en el universo de alto corrimiento al rojo, con masas de aproximadamente 10^5 M☉ cuando se forman, pero que pueden variar de 10^4 M☉ a 10^6 M☉. Las condiciones ambientales para la formación de DCBH son las siguientes:- No hay gases metálicos (sólo hidrógeno y helio). Los átomos enfrían el gas.
- El flujo de fotones de Lyman-Wierth es lo suficientemente grande como para alterar las moléculas de hidrógeno, lo que hace que el enfriamiento del gas sea menos eficiente.
El cumplimiento de las condiciones anteriores puede evitar el enfriamiento del gas y, por lo tanto, evitar la fragmentación de la nube de gas original. Las nubes de gas que no logran fragmentarse y formar estrellas sufren un colapso gravitacional global y alcanzan densidades de materia extremadamente altas en sus núcleos, alrededor de 10^7 g/cm3. A tales densidades, el objeto experimentaría inestabilidades relativistas generales, formando eventualmente un agujero negro con una masa de aproximadamente 10^5 M☉, o incluso hasta 1 millón de M☉. La ocurrencia de esta inestabilidad, junto con la ausencia de una etapa estelar intermedia, lleva a que este tipo de agujero negro sea llamado agujero negro de colapso directo.
Estadísticas de cantidad
Se cree que los agujeros negros con colapso directo son extremadamente raros en el universo de alto corrimiento al rojo porque resulta bastante difícil cumplir a la vez las tres condiciones básicas para su formación. Las simulaciones cosmológicas actuales sugieren que la densidad numérica de DCBH en un corrimiento al rojo de 15 puede ser de sólo alrededor de 1 por gigapascal cúbico. En el caso más optimista, basado en el flujo mínimo de fotones de Lyman-Wierth requerido para su formación, la densidad numérica podría alcanzar aproximadamente 10^7 DCBH por gigapascal cúbico.Progreso de detección
En 2016, un equipo dirigido por el astrofísico de la Universidad de Harvard Fabio Pacucci utilizó datos del telescopio espacial Hubble y del Observatorio de rayos X Chandra para identificar los dos primeros candidatos a agujeros negros de colapso directo. Ambos candidatos tienen desplazamientos al rojo mayores que 6 y poseen propiedades espectrales consistentes con las predichas para tales fuentes. En particular, se predice que estas fuentes tendrán un exceso significativo de emisión infrarroja en desplazamientos al rojo más altos.
En el futuro, serán cruciales otras observaciones, especialmente mediante el telescopio espacial James Webb, para investigar las propiedades de estas fuentes y confirmar su naturaleza.
Diferencias con otros tipos de agujeros negros
Los agujeros negros primordiales son aquellos formados por el colapso directo de materia energética o ionizada durante períodos de expansión o períodos dominados por la radiación, mientras que los agujeros negros de colapso directo son el resultado del colapso de regiones de gas inusualmente densas y grandes. Vale la pena señalar que los agujeros negros formados por el colapso de estrellas Tipo III no se consideran colapsos "directos".
En el proceso de exploración de los misterios del universo, se ha reconocido gradualmente la importancia del colapso directo de los agujeros negros, y las investigaciones futuras pueden revelar más pistas sobre el misterio de la formación de los agujeros negros supermasivos. En este misterioso universo, ¿cuántos agujeros negros desconocidos esperan que los humanos los descubran?
