El proceso de formación consta de dos fases, dijo Mitchell Begelman, profesor y presidente del departamento de Astrofísica y Ciencias planetarias de CU-Boulder. Los predecesores en la formación de un agujero negro, objetos llamados estrellas supermasivas, comenzaron a formarse probablemente durante los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, a unos 14 mil millones de años. Una estrella supermasiva podría eventualmente haber crecido hasta un tamaño enorme -tanto como decenas de millones de veces la masa de nuestro Sol- y habrían vivido muy poco, con su núcleo colapsando en sólo unos pocos millones de años, comenta Begelman.
En el nuevo estudio que será publicado en las noticias del Royal Astronomical Society en Londres, Begelman calcula cómo pudieron haberse formado las estrellas supermasivas, así como las masas de sus núcleos. Estos cálculos le permitieron estimar su tamaño y evolución posterior, incluída la manera en que se formaron los agujeros negros a partir de esta 'semilla'.
Begelman dijo que la combustión del hidrógeno en estrellas supermasivas tuvo que haber sido estabilizada por su propia rotación o por alguna otra forma de energía, como los campos magnéticos o turbulencias, a fin de facilitar el crecimiento rápido de un agujero negro en sus centros. "Lo que es nuevo aquí es que pensamos que hemos encontrado un nuevo mecanismo de formación de estas estrellas súper gigantes, así tenemos una nueva forma de entender cómo un agujero negro tan masivo puede haberse formado relativamente rápido", dijo Begelman.
El requisito principal para la formación de estrellas supermasivas es la acumulación de materia a una velocidad cercana a una masa solar por año, dijo Begelman. Debido a la enorme cantidad de materia consumida por las estrellas supermasivas, los agujeros negros que se formaron en sus centros pueden haber nacido mucho más grandes de lo normal -es decir, con masa de sólo unos pocos soles- y, posteriormente, crecer mucho más rápido .
Después de que el agujero negro estuvo formado, el proceso entró en su segunda etapa, que Begelman ha denominado la etapa "quasistar" (casi estrella). En esta fase, los agujeros negros crecieron rápidamente por la ingestión de materia del gas que les rodeaba, lo que finalmente los 'infló' a un tamaño tan grande como el Sistema Solar y eventualmente se enfriaron al mismo tiempo, dijo.
Una vez que los quasistars se enfriaron hasta cierto punto, la radiación comenzó a escapar a un ritmo tan alto, que causó que el gas se dispersara y que el agujero negro alcanzara una masa de hasta 10.000 o más veces la del Sol, dijo Begelman. Con una ventaja tan grande sobre los agujeros negros ordinarios, habrían podido crecer hasta convertirse en un agujero supermasivo o mil millones de veces la masa del Sol, ya se 'devorando' el gas que rodea a las galaxias o uniéndose con otros agujeros en colisiones galácticas extremadamente violentas.
La fase de quasistar fue analizada en un artículo de 2008 publicado por Begelman y colaboradores.
"Hasta hace poco, la creencia de muchos ha sido que los agujero negros supermasivos tenían su inicio de la fusión de numerosos agujeros negros pequeños en el Universo", dijo. "Este nuevo modelo de desarrollo de los agujeros negros indica una ruta alternativa en su posible formación".
Los agujeros negros son objetos celestes extremadamente densos que se cree se han formado por el colapso de estrellas y que tienen un campo gravitatorio tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Un agujero negro no es directamente detectable por los astrónomos, pero el movimiento de la materia estelar que gira alrededor de ellos y potentes chorros de gas expulsados hacia su exterior proporcionan la evidencia necesaria para mostrar su existencia. Se cree que los agujeros negros ordinarios son restos de estrellas un poco más grandes que nuestro Sol que utilizó todo su combustible y murió.
Los agujeros negros supermasivos que se crearon a principios de la historia del Universo pueden haber llegado a producir el fenómeno de los quásares, los brillantes y enérgicos centros de galaxias distantes que pueden ser de un billón de veces más brillante que nuestro sol. También hay evidencia de que un agujero negro supermasivo habita en el centro de cada galaxia masiva actual, incluyendo nuestra propia Vía Láctea, dijo Begelman.
"Estos grandes agujeros negros formados a través de estas estrellas supermasivas podrían haber tenido un impacto enorme en la evolución del Universo, incluyendo la formación de galaxias", dijo. Begelman está colaborando con Marta Volonteri, astrofísica de la Universidad de Michigan, comparando la posible formación de agujeros negros de estrellas supermasivas y quasistars frente a su creación mediante la fusión de agujeros negros nacidos del colapso de las estrellas más tempranas del Universo.
Los científicos podrán utilizar el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, cuyo lanzamiento está programado en 2013, para mirar hacia atrás en el tiempo y cazar el capullo de estrellas supermasivas cerca de los bordes de los inicios del Universo, que brillan en el espectro infrarrojo cercano al electromagnético, dijo Begelman.
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