Si los primeros agujeros negros colapsaran directamente, ¿podríamos detectar señales de radio de esos momentos?
El universo está plagado de agujeros negros supermasivos. Hay uno a solo 30.000 años luz de distancia en el centro de la Vía Láctea. La mayoría de las galaxias tienen una, y algunas de ellas son más masivas que mil millones de estrellas. Sabemos que muchos agujeros negros supermasivos se formaron temprano en el universo. Por ejemplo, el quásar TON 618 funciona con un agujero negro de 66.000 millones de masas solares. Dado que su luz viaja casi 11 mil millones de años para llegar a nosotros, TON 618 ya era enorme cuando el universo tenía solo unos pocos miles de millones de años. Entonces, ¿cómo crecieron estos agujeros negros tan masivos tan rápidamente?
Una idea es que algunos de los Las primeras estrellas fueron gigantes. Con una masa de más de 10.000 soles, una estrella de este tipo tendría una vida muy corta y colapsaría rápidamente en un gran agujero negro. Estos primeros agujeros negros actuarían como semillas en el centro de una galaxia, consumiendo material cercano para crecer rápidamente en tamaño. Algunos de ellos incluso chocarían y se fusionarían para formar un agujero negro aún más grande. Si bien es un modelo razonable, las simulaciones por computadora descubren que este proceso lleva demasiado tiempo. Este proceso no puede producir el tipo de agujeros negros que vemos en el universo temprano, como TON 618.
Una imagen directa del agujero negro supermasivo en M87. Crédito: Colaboración EHT
Otra idea se conoce como escenario de colapso directo. En este modelo, se forma un pequeño agujero negro supermasivo de una vez. El gas denso en el medio de una proto-galaxia se enfría lo suficiente como para colapsar por su propio peso, formando un agujero negro. Dado que estos agujeros negros tendrían una ventaja en masa, pueden convertirse rápidamente en los agujeros negros supermasivos que observamos.
Hasta ahora no hemos podido observar un agujero negro de colapso directo (DCBH). Hace unos años, un par de candidatos a DCBH fueron descubiertos por sus señales infrarrojas. Estos podrían confirmarse cuando los telescopios espaciales James Webb se lancen (posiblemente) a finales de este año. Pero recientemente un estudio sostiene que podríamos observar DCBH por sus firmas de radio.
Cuando los agujeros negros consumen activamente materia cercana, pueden crear poderosos chorros de plasma caliente. Estos chorros son radiotransparentes y son una de las formas en que identificamos los agujeros negros supermasivos. Los agujeros negros de colapso directo deberían tener chorros similares, pero el material del chorro sería más denso. Y dado que los DCBH se formarían en el universo temprano, sus señales de radio estarían más corridas al rojo. Este último trabajo sostiene que la firma de radio de los DCBH sería similar en estructura, pero fácilmente distinguible de los chorros de radio que vemos hoy. La firma también diferiría de los chorros creados por los agujeros negros semilla.
Desafortunadamente, estos radiotelescopios actuales no pueden ver estas fuentes de radio de alto corrimiento al rojo. Pero deberían ser lo suficientemente brillantes como para ser detectados por Square Kilometer Array (SKA) y el Very Large Array propuesto de próxima generación (ngVLA).
Referencia:Yue, B. y A. Ferrara. ' Señales de radio de agujeros negros de colapso directo temprano .”Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society506.4 (2021): 5606–5618.