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| Hay 40 trillones de agujeros negros en el universo. Crédito: ArtStation |
Dado que no podemos ver los agujeros negros, es difícil saber con exactitud cuántos hay en el gran universo.
Pero eso no significa que no tengamos medios para intentar averiguarlo.
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 binarias ha podido obtener una nueva estimación de la población de agujeros negros de masa estelar del Universo.
La cifra es bastante asombrosa: 40 quintillones, es decir, 40.000.000.000.000 de agujeros negros, que representan aproximadamente el 1% de toda la materia normal del Universo observable.
"El carácter innovador de este trabajo radica en el acoplamiento de un modelo detallado de evolución estelar y binaria con recetas avanzadas de formación estelar y enriquecimiento metálico en galaxias individuales", explica el astrofísico Alex Sicilia, de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA) de Italia.
"Este es uno de los primeros, y uno de los más robustos, cálculos ab initio de la función de masa de los agujeros negros estelares a lo largo de la historia cósmica".
Los agujeros negros son un enorme signo de interrogación que se cierne sobre nuestra comprensión del Universo, o mejor dicho, un montón de 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. Así podríamos calcular el número de agujeros negros que debería haber en un determinado volumen de espacio.
Este conocimiento podría dar pistas sobre el crecimiento y la evolución de los agujeros negros supermasivos de millones o miles de millones de veces la masa del Sol, que constituyen los núcleos de las galaxias.
Sicilia y sus colegas adoptaron un enfoque computacional. Solo incluyeron los agujeros negros que se forman a través de la evolución de estrellas simples o binarias, y teniendo en cuenta el papel de las fusiones de agujeros negros, cuyo número puede estimarse a partir de los datos de las ondas gravitacionales, y que producen agujeros negros de masas ligeramente superiores.
Esto les permitió calcular la tasa de nacimiento de agujeros negros de masa estelar entre cinco y 160 veces la masa del Sol a lo largo de la vida del Universo.
Esta tasa de nacimiento sugiere que debería haber unos 40 quintillones de agujeros negros de masa estelar repartidos por el Universo observable en la actualidad, siendo los agujeros negros de masa estelar más masivos los producidos por fusiones binarias de agujeros negros en cúmulos de estrellas.
El equipo comparó sus resultados con los datos de las ondas gravitacionales y descubrió que su estimación de la tasa de fusiones de agujeros negros coincidía con los datos de las observaciones. Esto sugiere que las fusiones de cúmulos de estrellas están probablemente detrás de las colisiones de agujeros negros que hemos visto.
Al calcular la tasa de nacimiento a lo largo del tiempo, los investigadores también pudieron obtener una estimación del número de agujeros negros de masa estelar en el Universo primitivo. Esto es de gran interés, ya que las observaciones del Universo lejano han revelado la existencia de agujeros negros supermasivos en una época sorprendentemente temprana después del Big Bang.
No está claro como estos gigantes crecieron tan rápidamente. Algunas de las preguntas actuales se refieren a la masa de las "semillas" de agujeros negros a partir de las cuales crecieron: si eran agujeros negros ligeros de masa estelar o agujeros negros "pesados" de masa intermedia.
La investigación del equipo proporcionará una base para investigar estas cuestiones. Este artículo es el primero de una serie; los próximos artículos 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 el Universo.
"Nuestro trabajo proporciona una teoría robusta para la generación de semillas ligeras de agujeros negros (supermasivos) a alto corrimiento al rojo, y puede constituir un punto de partida para investigar el origen de las 'semillas pesadas', que perseguiremos en un próximo artículo", dice el astrofísico Lumen Boco de SISSA.
Fuentes, créditos y referencias:
“The Black Hole Mass Function Across Cosmic Times. I. Stellar Black
Holes and Light Seed Distribution” by Alex Sicilia, Andrea Lapi, Lumen
Boco, Mario Spera, Ugo N. Di Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shankar,
David M. Alexander, Alessandro Bressan and Luigi Danese, 12 January
2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac34fb
Créditos a ScienceAlert