No entendemos muy bien cómo se formaron tan rápidamente los primeros agujeros negros supermasivos en el universo joven.Así que a un equipo de físicos se le ocurre una idea radical.En lugar de formar un agujero negro a través de la vía habitual de aparición de la muerte, un halo masivo de materia oscura colapsó directamente, formando las semillas de los primeros agujeros negros masivos.
Aparece un agujero negro supermasivo (SMBH)temprano en la historia del universo, miles de millones de años después del Big Bang.Su rápida aparición desafía los modelos existentes de nacimiento y crecimiento de SMBH. Porque no parece que tengan suficiente tiempo para crecer tan rápidamente.
“Los físicos se preguntan por qué el SMBH del universo primitivo, ubicado en la región central del halo de materia oscura, está creciendo tanto en tan poco tiempo”, dijo.tu haibo, profesor asociado deFísica y Astronomíaen UC RiversideestudioFormación de SMBH, publicado en Astrophysical Journal Letters.“Es como un niño de cinco años que pesa 200 libras.Un niño así nos sorprenderá a todos porque conocemos el peso típico de un recién nacido y lo rápido que puede crecer este bebé.Cuando se trata de agujeros negros, los físicos tienen expectativas comunes sobre la masa del agujero negro semilla y su tasa de crecimiento.La presencia de SMBH indica que se violan estas expectativas generales y se necesitan nuevos conocimientos.Y es emocionante”.
Entonces, en lugar de intentar formar un agujero negro debido a la muerte de una estrella masiva,reunir suficientes materialesQuizás algo más (halo de materia oscura) los formó para crecer hasta el estado SMBH.
“Nuestro estudio proporciona una explicación alternativa. Un halo de materia oscura que interactúa consigo mismo experimenta inestabilidad térmica gravitacional y su región central colapsa en un agujero negro semilla”, dijo Yu.
ya ahimucha materia oscuraen el universo primitivo.Constituye más del 80% de toda la materia del universo, y las primeras galaxias crecieron dentro de una masa mucho mayor de materia oscura, o halo.Pero para que la materia oscura se descomponga lo suficiente como para formar un agujero negro, debe interactuar consigo misma.Al hacerlo, podría perder toda la energía cinética obtenida en el colapso y alcanzar una densidad lo suficientemente alta como para desencadenar la formación de un agujero negro.
El agujero negro ya estará en camino a la supermasa porque nacerá de mucha más materia que estrellas.
“La ventaja de nuestro escenario es que el agujero negro semilla puede tener una gran masa porque es creado por la descomposición del halo de materia oscura”, dijo Yu.Por lo tanto, puede convertirse en un agujero negro supermasivo en un tiempo relativamente corto”.
El halo de materia oscura no hace todo el trabajo en este modelo.Los bariones (sustancias normales) también ayudan.
El estudiante graduado de Yu, Wei-Xiang Feng, dijo: “Primero, mostramos que la presencia de partículas pesadas, como gases y estrellas, puede acelerar significativamente el inicio de la descomposición del calor gravitacional del halo, y que el agujero negro semilla se puede crear lo suficientemente pronto”. dicho. y coautor del artículo.“En segundo lugar, mostramos que las interacciones magnéticas pueden causar una viscosidad que disipa el momento angular restante del halo central.Tercero, desarrollamos un método para investigar las condiciones que causan la inestabilidad relativista general del halo colapsado para que, si se cumplen las condiciones, se pueda formar un agujero negro semilla”.
“En muchas galaxias, las estrellas y los gases dominan la región central”, dijo Yu.“Entonces tiene sentido preguntar cómo la presencia de este material de partículas pesadas afecta el proceso de descomposición.Mostramos que acelerará el inicio del colapso.Esta característica es precisamente lo que se necesita para explicar el origen de los agujeros negros supermasivos en el universo primitivo.Las autointeracciones también conducen a que la viscosidad disipe el momento angular del halo central y ayude aún más al proceso de descomposición”.