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Descubren el origen de los agujeros negros supermasivos antes del Big Bang


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De una estrella que comienza a colapsar se acaban formando dos agujeros negros enormes con fuerzas gravitatorias tan fuertes que ni la luz puede escapar de ellos.

Los agujeros negros existen en una gran variedad de tamaños. En el extremo más pequeño de la escala están los agujeros negros de masa estelar que se forman durante la muerte de las estrellas. En el extremo más grande están los agujeros negros supermasivos, que contienen hasta un billón de veces la masa de nuestro sol.

Durante miles de millones de años, pequeños agujeros negros pueden crecer lentamente hacia la variedad de agujeros supermasivos tomando la masa de su entorno o también por la fusión con otros agujeros negros. Pero este proceso, lento, puede explicar el problema de los agujeros negros supermasivos existentes en el universo a menos de 1 billón de años después del Big Bang.

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Gracias a los nuevos descubrimientos realizados por investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) pueden ayudar a poner a prueba un modelo que soluciona este problema del surgimiento de los agujeros negros supermasivos.

Ciertos modelos de crecimiento del agujero negro supermasivo invocan la presencia de agujeros negros pequeños que resultan de la muerte de estrellas muy jóvenes. Estos pequeños agujeros negros ganan masa y aumentan de tamaño al recoger los materiales alrededor de ellos, un proceso llamado acreción– o por la fusión con otros agujeros negros.

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Pero en estos modelos anteriores, simplemente no hubo tiempo suficiente para que cualquier agujero negro alcanzara una escala de supermasivo tan pronto como surgió el universo, según comenta Christian Reisswig, Doctor en Astrofísica en Caltech y autor principal del estudio.

El crecimiento de los agujeros negros a escala supermasiva en el universo joven sólo parece posible si la masa del agujero negro incipiente ya era suficientemente grande.

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Para investigar los orígenes de los jóvenes agujeros negros supermasivos, Reisswig, en colaboración con Christian Ott, profesor de Astrofísica teórica y sus colegas, se dirigió a un modelo que implica a estrellas supermasivas. Estas estrellas gigantes, algo exóticas, se cree que existieron por un breve espacio de tiempo en el universo temprano. A diferencia de estrellas ordinarias, las estrellas supermasivas están estabilizadas contra la gravedad por su propia radiación de fotones.

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En una estrella supermasiva, debido al gas interior que se genera por su radiación de fotones, las temperaturas que alcanza son muy altas lo que empuja a las estrellas hacia fuera en oposición a la fuerza gravitacional del gas. Cuando las dos fuerzas son iguales, este equilibrio se denomina equilibrio hidrostático.

Durante su vida, una estrella supermasiva se enfría lentamente debido a la pérdida de energía a través de la emisión de radiación de fotones. Al enfriarse, se vuelve más compacta, y su densidad central aumenta lentamente. Este proceso dura un par de millones de años hasta que la estrella ha alcanzado suficiente consistencia para que su inestabilidad gravitatoria desemboque en un colapso.

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Los fragmentos de estrella de alta densidad de masa tras el colapso, se convierten en cada vez más densos al recoger materia durante el colapso lo que también incrementaría su temperatura. Y entonces, comenta Reisswig, se produce un interesante efecto.

Si se llega a temperatura suficientemente alta, habría suficiente energía disponible para que los electrones coincidan con sus antipartículas, o positrones, en lo que se conoce como pares electrón-positrón (este efecto consiste en la interacción de fotón y núcleo de manera que el primero desaparece y se crea un par partícula-antipartícula. Finalmente, el positrón interaccionará con un electrón y se producirá la aniquilación , por la cual se obtienen dos fotones que se propagarán en sentidos opuestos).

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La creación de pares electrón-positrón provocaría una pérdida de presión, acelerando aún más el colapso; como resultado, los dos fragmentos en órbita serían tan densos que podría formar un agujero negro en cada grupo.

El par de agujeros negros podría entonces moverse en espiral entre ellos antes de la fusión para convertirse en un gran agujero negro. Este es un nuevo hallazgo, dice Reisswig. Nadie nunca ha predicho que una sola estrella colapsada podría producir un par de agujeros negros que luego se fusionaran.

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Reisswig y sus colegas usaron supercomputadoras para simular una estrella supermasiva que está al borde del colapso. La simulación fue visualizada con un vídeo realizado por la combinación de millones de puntos que representan datos numéricos sobre densidad, campos gravitacionales y otras propiedades de los gases que componen las estrellas colapsadas.

Aunque el estudio es una simulación por ordenador y por tanto es puramente teórico, en la práctica, la formación y fusión de pares de agujeros negros puede dar lugar a poderosas ondas de radiación gravitacionales en el tejido del espacio y el tiempo. Estos resultados tendrán importantes consecuencias para la cosmología.

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Esta radiación gravitacional fue predicha por Albert Einstein en su teoría general de la relatividad

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2 comentarios on Descubren el origen de los agujeros negros supermasivos antes del Big Bang

    • El Cientific

      Ok, no entendi bien, lo unico que entendi es que se producieron un electron y un positron y que cada uno formo un agujero negro dentro de la estrella.. creo que no esta bien redactado o no se que se supone que pasa.

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