A los agujeros negros supermasivos glotones no les gusta la materia oscura

Es ampliamente aceptado que los agujeros negros supermasivos (SMBHs) se sitúan en el centro de las galaxias elípticas o las protuberancias de las galaxias espiral.

Es ampliamente aceptado que los agujeros negros supermasivos (SMBHs) se sitúan en el centro de las galaxias elípticas o las protuberancias de las galaxias espiral. Absorben tanta materia como es posible, generando estallidos de radiación. Estrellas, gas y cualquier cosa cercana forma un “halo” compacto y cae en una espiral mortal que impone la gravedad. La naturaleza codiciosa de los agujeros negros y el tamaño de éstos ha llevado a la idea de que la materia oscura podría abastecer (o podría haber suministrado) al SMBH algo de masa durante su evolución. Pero, ¿podría ser que la materia oscura no estuviese implicada significativamente después de todo? Este podría ser un fenómeno cósmico del que no se podría culpar a la materia oscura…

Los discos de acreción de los agujeros negros son halos compactos creados a partir de polvo, gas y otros restos que son empujados hacia el horizonte de eventos del agujero negro. Los discos de acreción irradian radiación electromagnética, y la frecuencia de los mismos depende de la masa del agujero negro. Cuando más masivo sea, mayor energía de radiación se emite al espacio. En el caso de un SMBH, la enorme masa provoca una emisión muy brillante cuando la materia del disco de acreción cae en el horizonte de eventos (el punto en el que la gravedad se hace tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar). Conforme la materia del disco de acreción cae hacia el horizonte de eventos, aproximadamente el 10% de la masa se convierte en energía y es eyectada en forma de rayos-X. Esta es una razón de conversión de energía mucho más eficiente que la reacción de fusión nuclear de mayor eficiencia (aproximadamente el 0,5%). Esta emisión de rayos-X puede ser observada, creando un quásar, lo que significa que hay un quásar dirigiendo la galaxia activa.

Es interesante apuntar que un SMBH no se piensa que se formara a partir de la muerte de una única estrella masiva. Se cree que fueron creados a partir de una “semilla” y luego crecieron a lo largo de miles de millones de años. La fuente de la masa que alimenta el crecimiento del SMBH proviene de su disco de acreción, pero no se sabe qué forma de materia entra y a qué razón “alimenta” al agujero negro. Existen varias posibilidades sobre cómo se sembraron los mayores agujeros negros, pero dos son las mayormente aceptadas:

• Los agujeros negros intermedio (con masas de varios miles de veces la del Sol) se crearon mediante el colapso de vastas nubes en un único punto. Los agujeros negros se forman y crece el disco de acreción.
• Las estrellas primordiales masivas (las primeras estrellas, formadas apenas 200 millones de años tras el Big Bang) de unas pocas veces la masa del Sol podrían haber colapsado para crear agujeros negros menores, formando de nuevo discos de acreción y creciendo a lo largo de miles de millones de años.

Los mecanismos que afectan al índice de crecimiento del disco de acreción no están claros aún. Algunas teorías sugieren que enormes cantidades (la mayor parte de la masa del agujero negro) provienen de la materia oscura. Sin embargo, dado que la materia oscura es “no-bariónica” (es decir, lo opuesto a la materia bariónica – la materia que conocemos, amamos y observamos en nuestro universo) emitirá muy poca radiación conforme cae en el horizonte de eventos del agujero negro. Si este es el caso, los SMBHs crecerían desproporcionadamente cuando se les compara con la radiación emitida desde los centros galácticos (sólo las partículas bariónicas emitirán rayos-X).

Una nueva investigación encabezada por Sebastien Peirani (del Instituto de Astrofísica de París en Francia) sugiere que sólo una pequeña fracción del SMBH está compuesto de materia oscura conforme evoluciona. Se predice que la materia oscura no colisionaría y sería dispersada muy fácilmente por las nubes de gas bariónico y las estrellas. Parece improbable que la materia oscura fuese capaz de permanecer en el disco de acreción del agujero negro durante mucho tiempo antes de ser repelida por toda la materia “normal” que está siendo atraída hacia el horizonte de eventos.

Creando un modelo de un disco de acreción “típico” y comparando los resultados con las observaciones de la luminosidad del quásar, el grupo francés encontró que la mayoría de la materia que alimenta al SMBHs es materia bariónica relativista. A una distancia crítica, fuera del agujero negro, la materia bariónica del disco de acreción es acelerada a una porción significativa de la velocidad de la luz, emitiendo radiación. Al comparar esto con las simulaciones de un disco sin colisiones (es decir, las características de la materia oscura), el modelo bariónico encaja mejor con las observaciones.

“La aplicación de nuestros resultados a semillas de agujeros negros alojadas en halos generados por simulaciones cosmológicas indican que la materia oscura no contribuye más que un 10% aproximadamente a la masa total acretada, confirmando que la luminosidad bolométrica del quásar está relacionada con la historia de acreción bariónica del agujero negro”.

Artículo original en arXiv

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 8 de marzo de 2008
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Fuente: Ciencia Kanija