Los agujeros negros ultramasivos con masas extremas de más de 50.000 millones de masas solares pueden formarse en los raros sucesos que son las fusiones múltiples de cuásares ocurridas hace unos 11.000 millones de años, según una nueva investigación realizada por astrofísicos del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de California en Riverside.

Ilustración del sistema de tripletes de cuásares y su entorno. Crédito de la imagen: Ni et al., doi: 10.3847/2041-8213/aca160.

Ilustración del sistema de tripletes de cuásares y su entorno. Crédito de la imagen: Ni et al., doi: 10.3847/2041-8213/aca160.

«Descubrimos que un posible canal de formación de agujeros negros ultramasivos es a partir de la fusión extrema de galaxias masivas que es más probable que ocurra en la época del mediodía cósmico», dijo el primer autor, el Dr. Yueying Ni, investigador del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y de la Universidad Carnegie Mellon.

Trabajando mano a mano con los datos de los telescopios, las simulaciones computacionales ayudan a los astrofísicos a completar las piezas que faltan sobre los orígenes de las estrellas y objetos exóticos como los agujeros negros.

Una de las mayores simulaciones cosmológicas realizadas hasta la fecha es Astrid, desarrollada por el Dr. Ni y sus colegas.

Es la mayor simulación en términos de carga de partículas o memoria en el campo de las simulaciones de formación de galaxias.

«El objetivo científico de Astrid es estudiar la formación de galaxias, la coalescencia de agujeros negros supermasivos y la reionización a lo largo de la historia cósmica», explicó el Dr. Ni.

Astrid modela grandes volúmenes del cosmos que abarcan cientos de millones de años luz, pero puede ampliarlos con una resolución muy alta.

Los autores desarrollaron Astrid utilizando el superordenador Frontera del Texas Advanced Computing Center.

«Frontera es el único sistema en el que realizamos Astrid desde el primer día. Es una simulación basada puramente en Frontera», afirmó el Dr. Ni.

Los hallazgos del equipo a partir de las simulaciones de Astrid muestran algo completamente alucinante: la formación de agujeros negros puede alcanzar un límite superior teórico de 10.000 millones de masas solares.

«Es una tarea muy difícil desde el punto de vista computacional. Pero sólo se pueden captar estos objetos raros y extremos con una simulación de gran volumen», dijo el Dr. Ni.

«Lo que encontramos son tres agujeros negros ultramasivos que reunieron su masa durante el mediodía cósmico, la época de hace 11.000 millones de años en la que la formación estelar, los núcleos galácticos activos (AGN) y los agujeros negros supermasivos en general alcanzan su máxima actividad».

«Aproximadamente la mitad de todas las estrellas del Universo nacieron durante el mediodía cósmico».

«Las pruebas de ello provienen de los datos de múltiples longitudes de onda de numerosos sondeos de galaxias como el Great Observatories Origins Deep Survey, donde los espectros de galaxias lejanas nos hablan de las edades de sus estrellas, de su historia de formación estelar y de los elementos químicos de las estrellas que contienen.»

«En esta época detectamos una fusión extrema y relativamente rápida de tres galaxias masivas».

«Cada una de las masas de las galaxias es 10 veces la masa de nuestra propia Vía Láctea, y un agujero negro supermasivo se asienta en el centro de cada galaxia».

«Nuestros hallazgos muestran la posibilidad de que estos sistemas de tripletes de cuásares sean los progenitores de esos raros agujeros negros ultramasivos, después de que esos tripletes interactúen gravitatoriamente y se fusionen entre sí».

El estudio aparece en la Astrophysical Journal.

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Yueying Ni et al. 2023. Agujeros negros ultramasivos formados por fusiones triples de cuásares a z ~ 2. ApJL 940, L49; doi: 10.3847/2041-8213/aca160

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