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40 quintillones de agujeros negros de masa estelar acechan en el universo, según un nuevo estudio

Una ilustración de un agujero negro y su horizonte de eventos. Crédito de la imagen: Nicholas Forder/Future Publishing

Los científicos han estimado la cantidad de agujeros negros "pequeños" en el universo. Y no sorprende: es mucho.

Este número puede parecer imposible de calcular; después de todo, detectaragujeros negros no es exactamente la tarea más sencilla. Debido a que son tan oscuros como el espacio en el que acechan, los goliats cósmicos que se tragan la luz solo se pueden detectar en las circunstancias más extraordinarias, como cuando doblan la luz a su alrededor., comiendo los desafortunados gases y estrellas que se acercan demasiado, o girando en espiral hacia enormes colisiones que desencadenan ondas gravitacionales.

Pero eso no ha impedido que los científicos encuentren algunas formas ingeniosas de adivinar el número. Usando un nuevo método, descrito el 12 de enero en El diario astrofísico, un equipo de astrofísicos ha producido una nueva estimación de la cantidad de agujeros negros de masa estelar, aquellos con masas de 5 a 10 veces la del sol, en el universo.

Y es asombroso: 40 000 000 000 000 000 000, o 40 quintillones de agujeros negros de masa estelar pueblan el universo observable, lo que representa aproximadamente el 1 % de toda la materia normal, según la nueva estimación.

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Entonces, ¿cómo llegaron los científicos a ese número? Al rastrear la evolución de las estrellas en nuestro universo, estimaron con qué frecuencia las estrellas, ya sea solas o emparejadas en sistemas binarios, se transformarían en agujeros negros, dijo el primer autor Alex Sicilia., astrofísico de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados SISSA en Trieste, Italia.

"Este es uno de los primeros, y uno de los más sólidos, cálculos ab initio [desde cero] de la función de masa del agujero negro estelar a lo largo de la historia cósmica", Siciliadicho en un comunicado.

Para hacer un agujero negro, debe comenzar con una estrella grande, una con una masa de aproximadamente cinco a 10 veces la del sol. A medida que las estrellas grandes llegan al final de sus vidas, comienzan a fusionar elementos cada vez más pesados,como silicio o magnesio, dentro de sus núcleos ardientes. Pero una vez que estoproceso de fusióncomienza a formarse hierro, la estrella está en camino a la autodestrucción violenta. El hierro consume más energía para fusionarse de la que emite, lo que hace que la estrella pierda su capacidad de empujar contra lo inmensofuerzas gravitatorias generado por su enorme masa. Se colapsa sobre sí mismo, empaquetando primero su núcleo, y luego toda la materia cercana a él, en un punto de dimensiones infinitesimales y densidad infinita — a singularidad. La estrella se convierte en un agujero negro, y más allá de un límite llamado horizonte de sucesos, nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción gravitatoria.

Para llegar a su estimación, los astrofísicos modelaron no solo las vidas, sino también las vidas previas de las estrellas del universo. Usando estadísticas conocidas de variosgalaxias, como sus tamaños, los elementos que contienen y los tamaños de las nubes de gas en las que se formarían las estrellas, el equipo construyó un modelo del universo que reflejaba con precisión los diferentes tamaños de estrellas que se formarían y con qué frecuenciase crearía.

Después de precisar la tasa de formación de estrellas que eventualmente podrían transformarse en agujeros negros, los investigadores modelaron la vida y muerte de esas estrellas, utilizando datos como su masa y un rasgo llamado metalicidad, la abundancia de elementos más pesados ​​que hidrógeno o helio — para encontrar el porcentaje de estrellas candidatas que se transformarían en agujeros negros. Al observar también las estrellas emparejadas en sistemas binarios y al calcular la velocidad a la que los agujeros negros pueden encontrarse y fusionarse, los investigadores se aseguraron de que no erant contaron dos veces los agujeros negros en su encuesta. También descubrieron cómo estas fusiones, junto con el consumo de gas cercano por parte de los agujeros negros, afectarían la distribución del tamaño de los agujeros negros que se encuentran en todo el universo.

Con estos cálculos en la mano, los investigadores diseñaron un modelo que rastreaba la distribución de la población y el tamaño de los agujeros negros de masa estelar a lo largo del tiempo para darles su sorprendente número. Luego, al comparar la estimación con los datos tomados de las ondas gravitacionales,o ondas en espacio-tiempo, formado por fusiones de agujeros negros y estrellas binarias, los investigadores confirmaron que su modelo concordaba bien con los datos.

Los astrofísicos esperan usar la nueva estimación para investigar algunas preguntas desconcertantes que surgen de las observaciones del universo primitivo, por ejemplo, cómo el universo primitivo se pobló tan rápidamente de agujeros negros supermasivos, a menudo con masas de millones, o incluso miles de millones, deveces mayor que los agujeros de masa estelar que los investigadores examinaron en este estudio, tan poco tiempo después del Gran Explosión.

Debido a que estos gigantescos agujeros negros provinieron de la fusión de agujeros negros de masa estelar más pequeños, o 'semillas' de agujeros negros, los investigadores esperan que una mejor comprensión de cómo se formaron los pequeños agujeros negros en el universo primitivo podría ayudarlos a desenterrar elorígenes de sus primos supermasivos.

"Nuestro trabajo proporciona una teoría sólida para la generación de semillas ligeras para agujeros negros supermasivos con un alto desplazamiento al rojo [más atrás en el tiempo], y puede constituir un punto de partida para investigar el origen de las "semillas pesadas", que seguiremos enun artículo próximo", dijo Lumen Boco, astrofísico de SISSA, en el comunicado.

Publicado originalmente en Rhythm89.

Ben Turner

Ben Turner es redactor de Rhythm89 en el Reino Unido. Cubre física y astronomía, entre otros temas como tecnología y cambio climático. Se graduó de la University College London con una licenciatura en física de partículas antes de formarse como periodista. Cuando no está escribiendo, a Ben le gusta leer literatura, tocar la guitarra y pasar vergüenza con el ajedrez.