Debido a que no podemos ver los agujeros negros, es difícil saber exactamente cuántos hay a lo largo y ancho del universo. Pero eso no significa que no tengamos medios para tratar de resolverlo.

Cada punto blanco en el mapa es un agujero negro supermasivo en una galaxia distante. Crédito: LOFAR/LOL.

Los agujeros negros de masa estelar son los núcleos colapsados de estrellas masivas muertas, y una nueva investigación que incorpora cómo se forman y evolucionan estas estrellas y binarios ha podido derivar una nueva estimación de la población de agujeros negros de masa estelar en el universo.

El número es bastante asombroso: 40 quintillones, o 40 000 000 000 000 000 000 de agujeros negros, que representan aproximadamente el 1 por ciento de toda la materia ordinaria en el universo observable.

«El carácter innovador de este trabajo está en el acoplamiento de un modelo detallado de evolución estelar y binaria con recetas avanzadas para la formación estelar y el enriquecimiento de metales en galaxias individuales», explica el astrofísico Alex Sicilia de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA) en Italia. «Este es uno de los primeros y más robustos cálculos ab initio de la función de masa del agujero negro estelar a lo largo de la historia cósmica».

Los agujeros negros son un gran signo de interrogación que se cierne sobre nuestra comprensión del cosmos —o más bien, muchos signos de interrogación—. Pero si tenemos una buena idea de cuántos agujeros negros hay, eso podría ayudar a responder algunas de esas preguntas.

Un enfoque es estimar la historia de las estrellas masivas en el universo. Entonces seríamos capaces de calcular la cantidad de agujeros negros que debería haber en cualquier volumen de espacio dado. Este conocimiento podría arrojar pistas sobre el crecimiento y la evolución de agujeros negros supermasivos de millones o miles de millones de veces la masa del sol, que constituyen los núcleos de las galaxias.

Semillas de agujeros negros

Sicilia y sus colegas adoptaron un enfoque computacional. Solo incluyeron agujeros negros que se forman a través de la evolución de estrellas únicas o binarias, y teniendo en cuenta el papel de las fusiones de agujeros negros, cuyo número se puede estimar en función de los datos de ondas gravitacionales, y que producen agujeros negros de masas ligeramente superiores.

Esto les permitió calcular la tasa de natalidad de los agujeros negros de masa estelar entre cinco y 160 veces la masa del sol durante la vida útil del universo.

Esta tasa de natalidad sugiere que debería haber aproximadamente 40 quintillones de agujeros negros de masa estelar esparcidos por todo el universo observable hoy en día, con los agujeros negros de masa estelar más masivos producidos por fusiones binarias de agujeros negros en cúmulos de estrellas.

Esta es la primera fotografía de un agujero negro (o de su sombra) obtenida por la humanidad.

El equipo comparó sus resultados con los datos de ondas gravitacionales y descubrió que su estimación de la tasa de fusiones de agujeros negros concordaba con los datos de observación. Esto sugiere que es probable que las fusiones de cúmulos de estrellas estén detrás de las colisiones de agujeros negros que hemos visto.

Al calcular la tasa de natalidad a lo largo del tiempo, los investigadores también pudieron derivar una estimación de la cantidad de agujeros negros de masa estelar en el universo primitivo. Esto es de gran interés, ya que las observaciones del universo distante han revelado agujeros negros supermasivos en un tiempo asombrosamente temprano después del Big Bang.

No está claro cómo estos gigantes crecieron tanto tan rápido. Algunas preguntas actuales se refieren a la masa de las «semillas» de los agujeros negros de las que crecieron, ya fueran agujeros negros de masa estelar ligera o agujeros negros de masa intermedia «pesados».

La investigación del equipo proporcionará una base para investigar estas cuestiones.

Este documento fue el primero de una serie. Los artículos futuros investigarán los agujeros negros de masa intermedia y los agujeros negros supermasivos para obtener una imagen más completa de la distribución de los agujeros negros en todo el universo.

La investigación del equipo ha sido publicada en The Astrophysical Journal.

Fuente: SciAl. Edición: MP.

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