Los agujeros negros de masa intermedia pueden sobrevivir en cúmulos globulares
Las primeras simulaciones de estrellas individuales en un cúmulo globular en formación demuestran los posibles mecanismos de formación de agujeros negros de masa intermedia.
Por la Universidad de Tokio
Imagen conceptual de un cúmulo estelar formándose en una nube molecular gigante generada con DALL-E
Una investigación conjunta dirigida por Michiko Fujii, de la Universidad de Tokio (Japón), ha demostrado un posible mecanismo de formación de agujeros negros de masa intermedia en cúmulos globulares, o sea, cúmulos estelares que pueden contener decenas de miles o incluso millones de estrellas apretadas.
Las primeras simulaciones de formación de cúmulos masivos, estrella por estrella, han revelado que las nubes moleculares suficientemente densas — los nidos de nacimiento de los cúmulos estelares— pueden dar origen a estrellas muy masivas que evolucionan hasta convertirse en agujeros negros de masa intermedia. Los resultados del estudio aparecen publicados en la revista Science.
"Observaciones previas han sugerido que algunos cúmulos estelares masivos (cúmulos globulares) albergan un agujero negro de masa intermedia (IMBH, por sus siglas en inglés)—explica Fujii. Y añade—: Un IMBH es un agujero negro con una masa de 100 a 10.000 masas solares. Hasta ahora, no ha habido una evidencia teórica sólida que demuestre la existencia de IMBH con masas de 1.000 a 10.000 masas solares en comparación con los de menor masa (masa estelar) y los de mayor masa (supermasivos)."
Colisiones fuera de control pueden conducir al nacimiento de estrellas muy masivas con más de mil masas solares.
Los nidos de nacimiento estelar pueden evocar imágenes de calidez y tranquilidad. No es así con las estrellas. Los cúmulos globulares de estrellas se forman en una brutal agitación. Las diferencias de densidad hacen que las estrellas colisionen y se fusionen. A medida que las estrellas continúan fusionándose y creciendo, las fuerzas gravitacionales crecen con ellas.
Las colisiones estelares repetidas en la región densa y central de los cúmulos globulares se denominan colisiones fuera de control. Estas pueden conducir al nacimiento de estrellas muy masivas con más de mil masas solares. Estas estrellas podrían potencialmente evolucionar a un agujero negro de masa intermedia. Sin embargo, simulaciones anteriores de cúmulos ya formados sugirieron que los vientos estelares se llevan la mayor parte de su masa, dejándolos demasiado pequeños.
Para investigar si los un agujero negro de masa intermedia podrían sobrevivir, los investigadores necesitaban simular un cúmulo mientras aún se estaba formando.
Omega Centauri.
Omega Centauri, un cúmulo globular de la Vía Láctea. Este cúmulo globular podría albergar un agujero negro de masa intermedia.
”Las simulaciones de formación de cúmulos estelares suponían un reto debido al coste de la simulación—afirma Fujii. Y continúa—: Nosotros, por primera vez, realizamos con éxito simulaciones numéricas de la formación de cúmulos globulares, modelando estrellas individuales. Al resolver estrellas individuales con una masa realista para cada una, pudimos reconstruir las colisiones de estos astros en un entorno muy compacto. Para estas simulaciones, hemos desarrollado un novedoso código de simulación, en el que pudimos integrar millones de estrellas con gran precisión”.
En la simulación, las colisiones desbocadas condujeron efectivamente a la formación de estrellas muy masivas que evolucionaron hasta convertirse en agujeros negros de masa intermedia. Los investigadores también comprobaron que la relación de masas entre el cúmulo y el agujero negro de masa intermedia coincidía con la de las observaciones que motivaron originalmente el proyecto.
“Nuestro objetivo final es simular galaxias enteras resolviendo estrellas individuales"— apunta Fujii para futuras investigaciones. Y añade—: Todavía es difícil simular galaxias del tamaño de la Vía Láctea resolviendo estrellas individuales con los superordenadores disponibles en la actualidad. Sin embargo, sería posible simular galaxias más pequeñas, como las enanas. También queremos centrarnos en los primeros cúmulos, cúmulos estelares formados en el universo primitivo. Los primeros cúmulos son también lugares donde pueden nacer los IMBH”.
Información facilitada por la Facultad de Ciencia de la Universidad de Tokio -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Michiko S. Fujii et al. Simulations predict intermediate-mass black hole formation in globular clusters. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adi4211
