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El misterioso nacimiento de los agujeros negros de explosión directa: ¿Por qué estos agujeros negros supermasivos conmocionan a los científicos astronómicos?
En la historia temprana del universo, los científicos observaron algunos cuerpos celestes especiales cuyo método de nacimiento marcó una categoría importante de evolución de la materia cósmica: los agujeros negros de explosión directa (DCBH). Estos misteriosos agujeros negros se crearon hace entre 100 y 250 millones de años, un período conocido como corrimiento al rojo z entre aproximadamente 15 y 30.
El proceso de formación de los agujeros negros de explosión directa es diferente al de los agujeros negros teorizados tradicionalmente, que se forman a través del colapso gravitacional directo en lugar de evolucionar a partir de la muerte de una estrella.
La formación de un agujero negro de explosión directa requiere condiciones ambientales específicas. Las condiciones principales incluyen: un gas con contenido metálico cero (que contiene sólo hidrógeno y helio), irradiación con fotones Lyman-Werner de intensidad suficientemente alta para excitar los átomos de hidrógeno y un rayo láser capaz de destruir las moléculas de hidrógeno. Estas condiciones impiden que el gas se enfríe y se fragmente, lo que permite que la nube de gas experimente un colapso gravitacional intacto y alcance densidades de materia extremadamente altas.
Cuando la densidad de materia alcance aproximadamente 107 g/cm³, estas nubes de gas experimentarán inestabilidades relativistas ordinarias y se convertirán en agujeros negros de explosión directa. Esto significa que nacieron directamente de nubes de gas primordiales y no de progenitores estelares.
Basándose en una simulación por computadora reportada en julio de 2022, los investigadores descubrieron que, en condiciones raras, los flujos de acreción fuertes y fríos pueden crear agujeros negros masivos sin radiación ultravioleta ni flujo supersónico. La simulación muestra que en un entorno que crece hasta aproximadamente 40 millones de masas solares, varias supergigantes eventualmente se forman y se transforman con éxito en agujeros negros de explosión directa.
La rareza de los agujeros negros directos
Los agujeros negros de explosión directa se consideran cuerpos celestes extremadamente raros en el universo de alto corrimiento al rojo. Las simulaciones cosmológicas actuales sugieren que el número de estos agujeros negros con un corrimiento al rojo de 15 puede ser tan bajo como aproximadamente 1 por gigaparsec cúbico. Esta predicción está fuertemente influenciada por el flujo mínimo de fotones Lyman-Werner, y en algunos de los escenarios más optimistas la densidad de DCBH podría ser tan alta como 107 por gigasegundo cúbico.El descubrimiento de un agujero negro de explosión directa
En 2016, un equipo de investigación 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 confirmar por primera vez dos candidatos a agujeros negros de explosión directa. Todos estos candidatos están ubicados en la región con corrimiento al rojo z>6, y sus características espectrales en el campo CANDELS GOODS-S son consistentes con las predicciones.
Se predice que estos agujeros negros de explosión directa producirán una radiación infrarroja más significativa que otras fuentes de alto corrimiento al rojo, y futuras observaciones, especialmente con el telescopio espacial James Webb, serán cruciales para confirmar la naturaleza de estas fuentes.
Diferencias con otros agujeros negros
A diferencia de los agujeros negros primordiales, que se forman a partir del colapso directo de energía y materia cargada, los agujeros negros directos se forman a partir del colapso de regiones de gas inusualmente densas y grandes. Vale la pena señalar que los agujeros negros formados por estrellas de tercera generación (es decir, estrellas de población III) no entran en la categoría de agujeros negros de explosión directa.
ResumenEl descubrimiento de un agujero negro de explosión directa no sólo amplía nuestra comprensión de la formación de los agujeros negros, sino que también revela los fenómenos complejos que pueden haber existido en el universo temprano. Estos misteriosos objetos celestes están redefiniendo nuestra comprensión fundamental de la evolución del universo. Con el avance de la tecnología, ¿seremos capaces de descubrir más secretos de estos agujeros negros en el futuro?
