El descubrimiento de los agujeros negros fue la primera colisión de la gravedad cuántica en la relatividad general. En 2019, los astrofísicos de la Western University de Ontario descubrieron Evidencia Para la formación directa de agujeros negros que no necesitan salir de los restos de una estrella. La producción de agujeros negros en el universo temprano, que se formaron a partir de semillas masivas con la ayuda de campos gravitatorios poco después del Big Bang, brinda a los científicos una explicación de lo que parecían ser anomalías de agujeros negros muy masivos en una etapa muy temprana en la historia de nuestro universo.
Los agujeros negros supermasivos se formaron muy rápidamente en el universo primitivo durante períodos de tiempo muy, muy cortos y luego se detuvieron abruptamente.
Shantanu Basu Y el Das Urbano Desde el Departamento de Física y Astronomía Occidental, desarrolló una explicación para la distribución observada de las masas y la luminosidad de los agujeros negros supermasivos, para la que anteriormente no había una explicación científica. Llegaron a la conclusión de que los agujeros negros supermasivos se formaron muy rápidamente en el universo primitivo durante períodos de tiempo muy, muy cortos y luego se detuvieron abruptamente.
No se requiere supernova
En un estudio publicado el 28 de junio de 2019 en Astrophysical Journal Letters, los investigadores ejecutaron un modelo de computadora para mostrar que algunos agujeros negros supermasivos en el universo muy primitivo podrían haberse formado simplemente acumulando una cantidad masiva de gas en una sola nube unida gravitacionalmente. Los investigadores encontraron que dentro de unos pocos cientos de millones de años, una nube suficientemente grande con su propia masa podría colapsar y crear un pequeño agujero negro, sin necesidad de una supernova.
escenario de colapso directo
Esta explicación contradice la comprensión actual de cómo se forman los agujeros negros de masa estelar, es decir, aparecen cuando el centro de una estrella muy masiva colapsa sobre sí misma.
Es posible que hayan comenzado inusualmente grandes, por algún proceso físico que no entendemos completamente”.
«Esta es una evidencia observacional indirecta de que los agujeros negros surgen de colapsos directos y no de los restos de estrellas», dice Basu, profesor de astronomía en la Universidad de Western, conocido internacionalmente como experto en las primeras etapas de la formación de estrellas y la evolución del disco protoplanetario. .
Shantanu Basu escribió en un correo electrónico a Galaxia diaria. “Esto significa que hubo un breve período de rápido crecimiento en el número y la masa de estos objetos durante unos doscientos cuatrocientos millones de años después del Big Bang. Se espera que nuevos instrumentos como el telescopio Roman Nancy aumenten significativamente la muestra observada. de cuásares en corrimiento al rojo z ~ 6-7, esto proporciona estadísticas mucho mejores sobre la función de luminosidad del cuásar y nos permite restringir nuestros modelos «.
Basso y Dass desarrollaron el nuevo modelo matemático calculando la función de masa de los agujeros negros supermasivos que se forman durante un período de tiempo finito y experimentan un rápido crecimiento exponencial de masa. El crecimiento de la masa puede regularse por el límite de Eddington, que está determinado por el equilibrio de la radiación y las fuerzas gravitatorias, o incluso puede superarse por un factor modesto.
«Los agujeros negros masivos solo tuvieron un corto período de tiempo en el que pudieron crecer rápidamente y luego, en algún momento, debido a toda la radiación en el universo de los agujeros negros y otras estrellas, su producción se detuvo», explica Basu. «Este es un escenario de colapso directo».
Durante la última década, se han descubierto muchos agujeros negros supermasivos de mil millones de veces la masa del Sol en «desplazamientos al rojo» altos, lo que significa que estuvieron presentes en nuestro mundo durante los 800 millones de años posteriores al Big Bang. La existencia de estos agujeros negros jóvenes y masivos cuestiona nuestra comprensión de la formación y el crecimiento de los agujeros negros.
“Muy formación semilla primaria masiva «Podría haber sido mejorado por la presencia de campos magnéticos, que pueden eliminar el momento angular de las nubes de gas que colapsan, permitiendo que una gran cantidad de masa se acumule en un cuerpo central», dijo Basu. Galaxia diaria.
El escenario de colapso directo permite que la protomasa sea mucho más grande de lo que sugiere el escenario de remanente estelar estándar, y puede contribuir en gran medida a explicar las observaciones. Este nuevo resultado proporciona evidencia de que tales agujeros negros que colapsan directamente dieron como resultado el universo primitivo.
La última palabra-Shantanu Basu en un correo electrónico al Daily Galaxy
“Existe una creciente evidencia de que los agujeros negros supermasivos de más de 1.000 millones de masas solares observados menos de 1.000 millones de años después del Big Bang requirieron masas de semillas primarias muy grandes de alrededor de 100.000 masas solares, mucho más grandes de lo que se puede considerar desde el final de la vida de una estrella del pop. la vida Tercero.
El escenario del colapso directo del agujero negro podría explicar las masas de semillas muy grandes si el universo primitivo contenía halos de enfriamiento atómico (AC) en los que no había hidrógeno molecular ni metales.
El gas en tales halos puede contraerse gravitacionalmente mientras mantiene una temperatura alta de alrededor de 10 000 K, en cuyo caso la tasa de acumulación de masa hacia el centro es muy alta, por lo que se puede formar un agujero negro de alrededor de 100 000 masas solares después de una breve fase de estrellas supermasivas. …estos agujeros negros continuarán fusionándose a partir de los halos anfitriones.
Los agujeros negros generan radiación ultravioleta que puede separar el hidrógeno molecular en halos cercanos y convertirlo en halos alternos. Esto conduce a un efecto de reacción en cadena: la formación del halo combinado de AC y DCBH conduce a la formación de otros DCBH en las coronas proximales. El escenario está listo para el rápido crecimiento exponencial de los números de DCBH. Pero la era de la formación de DCBH no puede durar mucho porque el creciente campo de radiación vaporizará el gas del pozo gravitacional de la mayoría de las coronas, interrumpiendo las coronas de la formación de DCBH. Entonces, la formación de DCBH es un fenómeno efímero de auge y caída.
¿Colapsará la corona hacia el centro de la galaxia?
Otra pregunta pendiente es si la corona AC realmente colapsaría hacia el centro en lugar de dividirse en muchas masas más pequeñas. La fragmentación puede ocurrir fácilmente si el material cae sobre un disco con soporte giratorio en lugar del centro.
«Nuestro trabajo reciente muestra que incluso un campo magnético muy débil en la corona de CA puede transferir suficiente momento angular lejos de la región de ruptura central y permitir que la masa se transfiera de manera eficiente al centro sin asentarse en un disco circunferencial».
(Nota: el segundo párrafo de Última palabra se basa en los resultados del artículo Hirano, Machida y Basso, 2021, ABJ, 917, 34.)
maxwell mesastrofísico, NASA Einstein Fellow, Universidad de Arizona, A través de Shantanu Basu Y el Universidad de Ontario Occidental
Imagen en la parte superior de la página: El interior de 30 años luz de un halo de materia oscura aparece en un grupo de galaxias jóvenes. El disco gaseoso giratorio se divide en tres masas que colapsan bajo su propia gravedad para formar estrellas masivas. Créditos: John Wise, Instituto de Tecnología de Georgia.
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Maxwell Mo, astrofísico, NASA Einstein Fellow, Universidad de Arizona. Se puede encontrar a Max dos noches a la semana investigando los misterios del universo en el Observatorio Nacional Kate Peak. Max recibió su doctorado en astronomía de la Universidad de Harvard en 2015.
«Alborotador. Amante de la cerveza. Total aficionado al alcohol. Sutilmente encantador adicto a los zombis. Ninja de twitter de toda la vida».
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