Simulaciones en la supercomputadora Stampede2 de la Universidad de Texas en Austin han revelado que los agujeros negros primordiales tuvieron un efecto insignificante en la formación de estrellas.
«Descubrimos que la imagen estándar de la formación de la primera estrella no cambia realmente con los agujeros negros primordiales», dijo en un comunicado Boyuan Liu, investigador postdoctoral de la Universidad de Cambridge. Liu es el autor principal de la investigación de astrofísica computacional publicada en en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
En el universo primitivo, el modelo estándar de la astrofísica sostiene que los agujeros negros sembraron la formación de estructuras similares a halos en virtud de su atracción gravitacional, de forma análoga a cómo se forman las nubes al ser sembradas por partículas de polvo. Esta es una ventaja para la formación de estrellas, donde estas estructuras sirvieron como andamios que ayudaron a que la materia se fusionara en las primeras estrellas y galaxias.
Sin embargo, un agujero negro también provoca el calentamiento por el gas o los escombros que caen en él. Esto forma un disco de acreción caliente alrededor del agujero negro, que emite fotones energéticos que ionizan y calientan el gas circundante.
Y eso es un inconveniente para la formación de estrellas, ya que el gas necesita enfriarse para poder condensarse a una densidad lo suficientemente alta como para desencadenar una reacción nuclear, incendiando la estrella.
«Descubrimos que estos dos efectos, el calentamiento y la siembra de agujeros negros, casi se anulan entre sí y el impacto final es pequeño para la formación de estrellas», dijo Liu.
Dependiendo de qué efecto gane al otro, los agujeros negros primordiales pueden acelerar, retrasar o prevenir la formación de estrellas. «Es por eso que los agujeros negros primordiales pueden ser importantes», agregó.
Liu enfatizó que solo con simulaciones cosmológicas de última generación se puede comprender la interacción entre los dos efectos.
En cuanto a la importancia de los agujeros negros primordiales, la investigación también insinuó que interactúan con las primeras estrellas y producen ondas gravitacionales. «También pueden desencadenar la formación de agujeros negros supermasivos. Estos aspectos se investigarán en estudios de seguimiento», agregó Liu.
Para el estudio, Liu y sus colegas utilizaron simulaciones de zoom hidrodinámico cosmológico como su herramienta para esquemas numéricos de última generación de la hidrodinámica de la gravedad, la química y el enfriamiento en la formación de estructuras y la formación de estrellas tempranas.
«Un efecto clave de los agujeros negros primordiales es que son semillas de estructuras», dijo Liu. Su equipo construyó el modelo que implementó este proceso, además de incorporar el calentamiento de los agujeros negros primordiales.
Luego agregaron un modelo de subcuadrícula para la acumulación y retroalimentación de agujeros negros. El modelo calcula en cada paso de tiempo cómo un agujero negro acumula gas y también cómo calienta su entorno. «Esto se basa en el entorno alrededor del agujero negro conocido en las simulaciones sobre la marcha», dijo Liu.
