Responder a los interrogantes sobre el origen y crecimiento de los agujeros negros supermasivos –regiones de espacio-tiempo de la que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede salir– formados en la etapa más temprana de la vida del universo, hasta unos 800 millones de años después del Big Bang (la explosión que le dio origen) sigue siendo unos desafíos de la comunidad científica mundial. En la búsqueda de respuestas, recientemente un equipo internacional de expertos encabezado por el investigador del CONICET Carlos Argüelles, del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP), hizo un aporte clave: por primera vez logró dar con un mecanismo de formación consistente que explica cómo surgieron y crecieron tanto y tan rápidamente estos gigantes supermasivos. La novedad fue publicada por la prestigiosa revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Las observaciones provenientes de las regiones centrales de las galaxias denominadas activas, aquellas que son más grandes y masivas que la Vía Láctea y presentan una muy intensa radiación, sugieren que los agujeros negros supermasivos son los responsables de generar la emisión de energía, mediante jets o chorros de materia que salen disparados desde el centro de esas galaxias. “Sin embargo, contrariamente al caso de los agujeros negros de origen estelar que se forman a partir de la muerte de una estrella de masa similar a la del Sol, aún existe un fuerte debate sobre cuál es el origen y principal canal de formación de los progenitores (o semillas) de estos gigantes supermasivos formados en el universo temprano”, comenta Argüelles.

Lo que propone el equipo –integrado también por expertos de la red ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network)– es un nuevo mecanismo de formación para este tipo de agujeros negros en el universo primitivo, que, a diferencia de los tentativos mecanismos de formación convencionales asociados al colapso gravitatorio de gas primordial o estrellas masivas hipotéticas, muestra cómo las semillas de los agujeros negros supermasivos podrían originarse a partir del colapso gravitacional de núcleos densos de materia oscura –el componente invisible predominante en el universo que solo puede inferirse a partir de la acción que ejerce sobre los objetos observables–, que surgen en el centro de los halos galácticos al momento de su formación, según el modelo de halos de materia oscura propuesto por los mismos expertos en un trabajo anterior.

“La relevancia de este nuevo resultado es tanto de índole observacional como teórico. Con respecto a lo observacional, se muestra que estas semillas o progenitores de agujeros negros formados a partir de materia oscura nacerían con masas de millones a centenas de millones de veces la masa del Sol para, luego, una vez formados, crecer por acreción (o incorporación) de materia convencional hasta los valores inferidos por las observaciones realizadas por los grandes telescopios”, detalla Argüelles.

“Respecto del lado teórico –amplía–, por primera vez se encontró una nueva solución de las ecuaciones de Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad General, que dio lugar a una distribución de materia oscura cuyo núcleo está al borde del colapso gravitatorio hacia un agujero negro masivo”. En el mismo sentido, el experto concluye: “Esa solución implica que la misma materia oscura que forma el núcleo denso se encuentra rodeada de un halo más diluido que permite explicar las curvas de rotación galácticas de una manera realista y unificada”.

Referencia bibliográfica:

C R Argüelles and others, On the growth of supermassive black holes formed from the gravitational collapse of fermionic dark matter cores, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 523, Issue 2, August 2023, Pages 2209–2218. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stad1380

Fuente: conicet.gov.ar