Los agujeros negros supermasivos podrían tener su origen en flujos supersónicos de gas sobrantes del Big Bang

"Este es un progreso significativo. El origen de los monstruosos agujeros negros ha sido un misterio durante mucho tiempo y ahora tenemos una solución", asegura el autor principal del estudio Naoki Yoshida, investigador en el Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU).

Los recientes descubrimientos de estos agujeros negros supermasivos situados a 13 mil millones de años luz de distancia, que corresponden a cuando el Universo era sólo el cinco por ciento de su edad actual, plantean un serio desafío en la teoría de la formación y evolución de los agujeros negros, pero los mecanismos físicos que los forman y que conducen su crecimiento son mal entendidos.

Estudios teóricos han sugerido que estos agujeros negros se formaron de restos de la primera generación de estrellas, o de un colapso gravitacional directo de una nube de gas primordial masiva. Sin embargo, estas teorías son difíciles a la hora de explicar la formación suficientemente rápida de los agujeros negros supermasivos o requieren condiciones muy particulares.

Yoshida y su compañero de investigación de la Sociedad de la Promoción de la Ciencia de Japón (JSPS, por sus siglas en inglés), Shingo Hirano, actualmente en la Universidad de Texas en Austin, identificaron un prometedor proceso físico a través del cual un enorme agujero negro podría formarse lo suficientemente rápido.

La clave era incorporar el efecto de los movimientos supersónicos del gas con respecto a la materia oscura. Las simulaciones de las supercomputadoras mostraron que un enorme grupo de materia oscura se había formado cuando el universo tenía 100 millones de años. Las corrientes de gas supersónicas generadas por el Big Bang fueron capturadas por la materia oscura para formar una densa y turbulenta nube de gas. En el interior, un protoestrella comenzó a formarse, y debido a que el gas circundante proporcionó más que suficiente material para alimentarse, la estrella fue capaz de crecer muy grande en un corto periodo de tiempo sin liberar mucha radiación.

"Una vez que llegamos a la masa de 34.000 veces la de nuestro Sol, la estrella se derrumbó por su propia gravedad, dejando un agujero negro masivo. Estos agujeros negros masivos nacidos en el universo primitivo continuaron creciendo y fusionándose para convertirse en un agujero negro supermasivo", explica Yoshida.

Por su parte, según indica Hirano, la densidad numérica de agujeros negros masivos se deriva de aproximadamente uno por un volumen de tres mil millones de años luz en un lado, "notablemente cerca de la densidad numérica observada de agujeros negros supermasivos".

El resultado de este estudio será importante para futuras investigaciones sobre el crecimiento de los agujeros negros masivos. Especialmente con el aumento del número de observaciones de agujeros negros en el universo lejano que se espera que se hagan cuando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA se lance el próximo año.