Una nueva simulación cosmológica sugiere que los cúmulos densos de estrellas en el universo temprano podrían haber formado semillas para agujeros negros supermasivos a través de fusiones descontroladas. Este trabajo aborda cómo estos objetos masivos crecieron rápidamente después del nacimiento del universo y puede explicar los misteriosos 'puntos rojos pequeños' observados por el Telescopio Espacial James Webb. Liderado por Fred Garcia en la Universidad de Columbia, el estudio recrea los primeros 700 millones de años de la historia cósmica.
Los agujeros negros supermasivos residen en los núcleos de casi todas las 2 billones de galaxias del universo. Estos monstruos se formaron poco después del nacimiento del universo y crecieron hasta alcanzar millones o miles de millones de veces la masa del sol en menos de mil millones de años, desconcertando a los astrónomos.
El misterio se profundizó en 2022 cuando el Telescopio Espacial James Webb (JWST) detectó 'puntos rojos pequeños' en imágenes del universo distante. Estos aparecen alrededor de 600 millones de años después del nacimiento del universo y se desvanecieron en el siguiente billón de años, con muchos científicos viéndolos ahora como agujeros negros supermasivos en crecimiento que aparecen antes de lo esperado.
Fred Garcia, un estudiante de posgrado en la Universidad de Columbia, lideró un estudio publicado en The Open Journal of Astrophysics (DOI: 10.33232/001c.145064). Apoya la idea de que los cúmulos densos de estrellas formaron semillas de agujeros negros de masa intermedia. 'En este momento, hay tres ideas principales sobre cómo se forman las semillas de agujeros negros supermasivos: colapso directo de nubes de gas, restos de las primeras estrellas y cúmulos densos de estrellas', dijo Garcia. 'Nuestro trabajo realmente apoya el último caso.'
La simulación se centró en la formación de una galaxia enana en los primeros 700 millones de años, revelando dos ráfagas de formación estelar en nubes de gas frío dentro de un halo de materia oscura. Los cúmulos migraron al centro, fusionándose en un cúmulo estelar nuclear que brilla como un millón de soles. Algunas nubes convirtieron hasta el 80 por ciento del gas en estrellas, superando con creces el 2 por ciento en las galaxias modernas.
Las estrellas en el cúmulo denso explotaron, dejando agujeros negros que se hundieron en el núcleo y se fusionaron repetidamente. 'Todos los agujeros negros de masa estelar que migran al centro... eventualmente forman su propio cúmulo increíblemente denso y gravitacionalmente ligado', dijo Matías Liempi Gonzalez de la Universidad Sapienza de Roma, quien no participó. Este proceso descontrolado podría crear embriones de agujeros negros supermasivos.
Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale, también no involucrada, señaló que los hallazgos se alinean con su trabajo teórico de 2014 sobre el crecimiento de agujeros negros en tales cúmulos. La simulación puede explicar las observaciones del JWST de cúmulos estelares a 460 y 600 millones de años después del Big Bang, con observaciones futuras del JWST y la misión LISA que podrían confirmar el vínculo.