Cúmulos globulares pueden acoger agujeros negros de masa intermedia

Simulaciones han revelado que nubes moleculares suficientemente densas pueden dar origen a estrellas muy masivas que evolucionan hasta convertirse en agujeros negros de masa intermedia. Así lo indica una investigación liderada por la astrónoma Fujii Michiko, de la Universidad de Tokio, que ha sido publicada en la revista Science. "Observaciones anteriores han sugerido que algunos cúmulos estelares masivos (cúmulos globulares) albergan un agujero negro de masa intermedia (IMBH, por sus siglas en inglés)", explica en un comunicado Fujii sobre la motivación del proyecto de investigación. "Un IMBH es un agujero negro con una masa de 100-10.000 masas solares. Hasta ahora, no ha habido pruebas teóricas sólidas que demuestren la existencia de IMBH con 1.000-10.000 masas solares en comparación con los menos masivos (masa estelar) y los más masivos (supermasivos)". Los nidos de nacimiento pueden evocar imágenes de calidez y tranquilidad. No es así con las estrellas. Los cúmulos globulares de estrellas se forman en agitación. Las diferencias de densidad hacen que las estrellas colisionen y se fusionen. A medida que las estrellas continúan fusionándose y creciendo, las fuerzas gravitacionales crecen con ellas. Las colisiones estelares repetidas en la región densa y central de los cúmulos globulares se denominan colisiones fuera de control. Pueden conducir al nacimiento de estrellas muy masivas con más de 1.000 masas solares. Estas estrellas podrían potencialmente evolucionar en IMBH. Sin embargo, simulaciones anteriores de cúmulos ya formados sugirieron que los vientos estelares se llevan la mayor parte de su masa, dejándolas demasiado pequeñas. Para investigar si los IMBH podrían "sobrevivir", los investigadores necesitaban simular un cúmulo mientras aún se estaba formando. "Las simulaciones de formación de cúmulos estelares fueron un desafío debido al costo de la simulación", dice Fujii. "Por primera vez, realizamos con éxito simulaciones numéricas de la formación de cúmulos globulares, modelando estrellas individuales. Al resolver estrellas individuales con una masa realista para cada una, pudimos reconstruir las colisiones de estrellas en un entorno compacto. Para estas simulaciones, hemos desarrollado un nuevo código de simulación, en el que pudimos integrar millones de estrellas con gran precisión". En la simulación, las colisiones descontroladas condujeron efectivamente a la formación de estrellas muy masivas que evolucionaron hacia agujeros negros de masa intermedia. Los investigadores también descubrieron que la relación de masa entre el cúmulo y el IMBH coincidía con la de las observaciones que motivaron originalmente el proyecto. "Nuestro objetivo final es simular galaxias enteras mediante la resolución de estrellas individuales", señala Fujii sobre futuras investigaciones. "Todavía es difícil simular galaxias del tamaño de la Vía Láctea mediante la resolución de estrellas individuales utilizando supercomputadoras actualmente disponibles. Sin embargo, sería posible simular galaxias más pequeñas, como galaxias enanas. También queremos apuntar a los primeros cúmulos, cúmulos de estrellas formados en el universo primitivo. Los primeros cúmulos también son lugares donde pueden nacer los IMBH".