Posible solución al enigma de cómo los agujeros negros de mayor masa han crecido tanto

En el centro de algunas galaxias, hay agujeros negros con masas equivalentes a miles de millones de soles como el nuestro. Estos cuerpos tragan grandes cantidades de gas interestelar, de manera constante. Es así como revelan su existencia: La luz que es emitida por el gas, el cual es absorbido y aplastado por la gravedad del agujero negro, viaja a través del universo hasta que alcanza nuestros telescopios. En el caso de galaxias muy lejanas, la gran masa de estos agujeros negros implica que ya la alcanzaron hace mucho tiempo, tantos años atrás como años-luz de distancia nos separan de ellos.

Normalmente, un agujero negro se forma cuando una estrella masiva, con un peso de decenas de masas solares, explota tras el agotamiento de su combustible nuclear. Sin que el “horno” nuclear de su núcleo pueda ya empujar hacia fuera la estructura de la estrella contrarrestando la inmensa fuerza de la gravedad, esta pasa a ejercer un dominio tal que hace que la estrella se derrumbe sobre sí misma: Buena parte del material es lanzado hacia el exterior en un gran estallido de supernova, mientras que el resto cae hacia dentro, formando un agujero negro de sólo unas 10 masas solares.

Varios procesos tienden a limitar la rapidez con la que puede crecer un agujero negro. Por ejemplo, el gas no suele caer directamente a su interior, sino que tiende a girar a su alrededor trazando una espiral descendente, en un proceso que demora mucho la entrada del gas en el agujero negro. Cuando el gas es finalmente tragado por este último, la luz que emite dicho gas empuja hacia fuera al gas restante de las cercanías, contraponiéndose a la gravedad, y ello hace más lento el flujo que alimenta al agujero negro.

La pregunta que se plantea es obvia: ¿Cómo un agujero negro de una decena de masas solares puede crecer en relativamente poco tiempo hasta una masa de varios miles de millones de masas solares?

El equipo de Tal Alexander, del Instituto Weizmann de Ciencia en Israel, y Priyamvada Natarajan, de la Universidad Yale en New Haven, Connecticut, Estados Unidos, propone una explicación para este enigma.

Representación de cómo un agujero negro gana masa en el pasado lejano del universo: Un denso gas frío (representado en verde) fluye hacia el centro de un cúmulo estelar (indicado con una cruz roja en un círculo azul) con estrellas (en amarillo); el camino del agujero negro a través del gas (trazado negro) resulta errático por la acción de las estrellas que lo rodean. Esto facilita que atrape “al vuelo” grandes cantidades de gas. (Imagen: Instituto Weizmann de Ciencia)

Su modelo se inicia con la formación de un pequeño agujero negro en la infancia del universo. En esa época del pasado lejano, según creen los cosmólogos, los chorros de gas eran más fríos, más densos y contenían cantidades de material mucho más grandes que los tenues chorros que vemos en el cosmos actual. 

El agujero negro recién nacido, comenzaba a tragar materia a ritmo frenético, debido a su abundancia y facilidad de captura. Además, cambiaba de dirección a menudo, como consecuencia de sus colisiones con estrellas jóvenes de su entorno. 

Moviéndose rápidamente de aquí para allá, el agujero negro arrastraba continuamente más y más gas hacia su órbita, llevándolo con tanta rapidez a sus inmediaciones que el gas no podía adoptar el patrón descrito de descenso lento trazando una espiral y emitiendo luz desaceleradora. Cuanto más grande se hacía el agujero negro, más deprisa tragaba materia. 

Después de unos 10 millones de años (un parpadeo en la escala cósmica del tiempo), el agujero negro habría acumulado unas 10.000 masas solares. A partir de entonces, su colosal ritmo de crecimiento se hizo más lento, pero ya nada podía impedir que acabara alcanzando una masa varios miles de millones de veces mayor que la del Sol.

Fuentes: Weizmann Wonder wander