En el centro de la mayoría de galaxias como la Vía Láctea podemos encontrar un agujero negro supermasivo. El de nuestra galaxia acumula una masa equivalente a unos cuatro millones de veces el Sol, pero existen objetos, conocidos a veces como agujeros negros ultramasivos que alcanzan masas de varios miles de millones de veces la masa de nuestra estrella o, lo que es lo mismo, de miles de veces la masa del agujero negro del centro de la Vía Láctea. Estos objetos ultramasivos son los más masivos de todo el universo y dominan la dinámica de la región central de la galaxia en la que se encuentran. Recientemente, un grupo de investigación del Centro de Computación Avanzada de Texas, de la Universidad de Texas ha realizado simulaciones con su supercomputadora Frontera que han arrojado luz sobre el origen de agujeros negros ultramasivos formados hace unos 11 mil millones de años, en un universo joven.
Lo que han obtenido es que estos objetos podrían haberse formado a partir de la colisión y fusión de galaxias masivas durante la época conocida como “mediodía cósmico”. Esta época recibe este nombre por ser la que vendría después del “amanecer cósmico”, el inicio del universo y de la formación de estructuras a gran escala y por ser la época en la que se observa mayor actividad de nacimiento estelar y formación galáctica. Habría tenido lugar desde la formación de las primeras protogalaxias y estrellas, en torno a 100 o 200 millones de años después del Big Bang hasta unos 3 000 millones de años después del inicio del universo. Durante este tiempo se formaron la mayoría de galaxias grandes del universo, incluida la nuestra y, según muestra este equipo, también podría haberse producido colisiones galácticas que formaran agujeros negros ultramasivos.
Lo que han encontrado concretamente es que la colisión de un sistema de tres galaxias, con un cuásar en su núcleo cada una, podría haber llevado a crear estos objetos. Los cuásares son núcleos activos de galaxias, es decir agujeros negros supermasivos que, mediante su disco de acreción y através de potentes campos magnéticos son capaces de emitir tanta energía como el resto de su galaxia. Los cuásares concretamente los observamos en galaxias muy distantes y antiguas, como las que se habrían formado durante este “mediodía cósmico”. Estas simulaciones se apoyan en datos recavados con los telescopios para permitir al equipo de investigadores en astrofísica estudiar los orígenes de objetos tan lejanos y extremos como los agujeros negros ultramasivos.
Este equipo ha utilizado una de las simulaciones cosmológicas más exigentes hasta la fecha, a la que han bautizado como ASTRID. Ésta ha sido de hecho la simulación más grande en términos de partículas simulados y por tanto de carga de memoria, de entre todas las simulaciones relacionadas con la formación de galaxias. ASTRID es capaz de simular grandes pedazos del universo y estudiar su evolución durante cientos de millones de años, todo esto a gran resolución, permitiendo también observar los detalles. Para llevar a cabo esta simulación ha sido necesario utilizar la supercomputadora Frontera del Centro de Computación Avanzada de Texas, la supercomputadora utilizada con fines académicos más potente de todo EEUU.
Utilizando esta simulación han obtenido entre otras cosas el resultado de que los agujeros negros supermasivos tienen un límite en la masa que pueden alcanzar de alrededor de diez mil millones de veces la masa del Sol, lo que cuadra con los objetos que hemos observado y cuya masa conocemos. Para poder obtener resultados como este es necesario utilizar supercomputadoras y simulaciones de grandes volúmenes durante largos periodos de tiempo.
La simulación ha mostrado el proceso por el cual estos tres núcleos galácticos jóvenes colisionaron y se fusionaron para formar el objeto más masivo del universo, todo esto cuando la formación estelar y la actividad de los núcleos activos de galaxias alcanzaron su máximo histórico. De hecho se calcula que aproximadamente la mitad de las estrellas del universo se formaron durante esta época, como hemos podido observar en varias prospecciones galácticas como GOODS. Estudiando el espectro de las galaxias observados podemos obtener importante información sobre la edad de sus estrellas, la historia de formación estelar de cada galaxia y la evolución de la metalicidad y la composición química del gas que las compone, información imprescindible en el campo de la arqueología galáctica.
La colisión simulada ocurrió relativamente rápido. Cada una de las tres galaxias albergaba una masa total diez veces mayor a la de la Vía Láctea y por supuesto un agujero negro supermasivo ocupando su región central. Futuras observaciones con telescopios como el James Webb podrían ayudar a dilucidar esta cuestión. El telescopio de ondas gravitatorias LISA, que operará desde uno de los puntos de Lagrange de la Tierra para obtener una precisión que sería imposible con detectores situados en tierra, podrá observar colisiones como la estudiada por este equipo.
Referencias:
- Yueying Ni et al, 2022, Ultramassive Black Holes Formed by Triple Quasar Mergers at z ∼ 2, The Astrophysical Journal Letters, 940 L49, DOI 10.3847/2041-8213/aca160
