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¡Secretos ocultos del universo! ¿Cómo se puede generar una semilla de agujero negro con una masa de un millón de masas solares en una región de alto corrimiento al rojo?
En las etapas iniciales del universo, la formación de agujeros negros siempre ha sido un tema fascinante. Investigaciones científicas recientes han señalado que los agujeros negros de colapso directo (DCBH) son importantes semillas de agujeros negros formadas en regiones de alto corrimiento al rojo, y sus masas pueden llegar a un millón de masas solares. Este avance científico no sólo nos brinda una comprensión más profunda de la historia del universo, sino que también redefine el mecanismo de formación de agujeros negros de alta calidad.
El proceso de formación de agujeros negros de colapso directo
La formación de agujeros negros de colapso directo ocurre aproximadamente en el rango de corrimiento al rojo z=15 a 30, lo que significa que cuando el universo tenía sólo entre 100 y 200 millones de años, las condiciones en el universo eran particularmente adecuadas para la condensación de grandes -materia de escala.
La formación de estos agujeros negros es diferente de las semillas de agujeros negros que se originaron en las primeras estrellas (es decir, estrellas de población III), pero está impulsada directamente por una especie de inestabilidad gravitacional.
Antes de que estos agujeros negros puedan formarse, el gas debe cumplir una serie de condiciones específicas, como estar libre de metales (contener sólo hidrógeno y helio) y tener suficiente flujo de fotones de Lyman-Werner para destruir las moléculas de hidrógeno, evitando que el gas por enfriamiento y fragmentado. Un entorno así provoca el colapso gravitacional de la nube de gas, lo que en última instancia conduce a la formación de un agujero negro con una densidad de materia extremadamente alta en su núcleo.
Un raro número de agujeros negros de colapso directo
A pesar del apoyo teórico para los DCBH, actualmente sabemos que son muy raros en el universo de alto corrimiento al rojo. Según las últimas simulaciones cósmicas, las condiciones para la formación de tales agujeros negros son muy duras, por lo que se prevé que su densidad numérica sea como máximo de sólo 1 por gigapasec cúbico. En el escenario más optimista, esta cantidad podría alcanzar unos 100.000 por gigaparasec cúbico.
Observación y descubrimiento
Con el avance de la ciencia y la tecnología, los astrónomos se están volviendo cada vez más activos en la búsqueda de DCBH. Desde 2016, un equipo de investigación de la Universidad de Harvard utiliza el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio de Rayos X Chandra para buscar pistas sobre este tipo de agujeros negros. Recientemente, descubrieron dos candidatos que coinciden con las características espectrales predichas en datos en el rango de alto corrimiento al rojo z > 6.
Estos agujeros negros se caracterizan por un exceso significativo de radiación infrarroja, que es más evidente que otros objetos con alto corrimiento al rojo.
Diferencias entre los agujeros negros primordiales y los agujeros negros del colapso estelar
Es importante señalar que existen diferencias fundamentales entre los DCBH y los agujeros negros primordiales y los agujeros negros del colapso estelar. Mientras que los agujeros negros primordiales se forman a partir de un colapso directo de energía, los DCBH resultan del colapso de regiones de gas inusualmente densas.
Durante el proceso de formación de los agujeros negros primordiales, estos no sufren ningún proceso intermedio procedente de las estrellas, por lo que generalmente no clasificamos los agujeros negros producidos por el colapso de estrellas de Población III como "descomposición frágil directa".
Dirección futura de la investigación
Con el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb, las observaciones de estos candidatos a agujeros negros se profundizarán aún más y podremos confirmar su naturaleza y existencia de manera más efectiva. En cualquier caso, la exploración de DCBH todavía está llena de desafíos y misterios, lo que no sólo nos trae nuevas preguntas sobre cosmología, sino que también estimula nuestro pensamiento sobre la formación y evolución del universo.
Estos estudios de vanguardia revelan una pregunta importante: ¿cuántos fenómenos misteriosos quedan por descubrir en este universo infinito?
