En teoría, los agujeros negros supermasivos podrían volverse aún más supermasivos

Nuestro universo contiene algunos enormes agujeros negros. El agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia tiene una masa de 4 millones de soles, pero es bastante pequeño para los agujeros negros galácticos. Muchos agujeros negros galácticos tienen mil millones de masas solares, y se estima que el agujero negro más masivo conocido tiene una masa de casi 70 mil millones de soles. Pero, ¿qué tan grande puede llegar a ser un agujero negro?

Para que un agujero negro se vuelva realmente masivo, necesita consumir una gran cantidad de materia al principio de su vida. Si consume materia lentamente, la galaxia que lo rodea se habrá asentado en su lugar y el universo se habrá expandido de modo que no haya mucha más materia que el agujero negro pueda capturar. Pero cuando un agujero negro consume una gran cantidad de materia rápidamente, la materia se calienta mucho y tiende a alejar otra materia, lo que dificulta el crecimiento del agujero negro.

Según las observaciones de los agujeros negros más grandes y las simulaciones por computadora de cómo se forman los agujeros negros, se cree que el límite de masa superior para los agujeros negros galácticos es de alrededor de 100 mil millones de masas solares. Pero una nueva investigación sugiere que el límite de masa podría ser mucho mayor.

El estudio señala que, si bien los agujeros negros galácticos probablemente tienen un límite de masa solar de cien mil millones, los agujeros negros más grandes podrían haberse formado de forma independiente durante los primeros momentos del universo. Estos agujeros negros primordiales podrían tener masas más de un millón de veces mayores que los agujeros negros galácticos más grandes. El equipo de investigación los llama Agujeros Negros Estupendamente Grandes o SLAB.

La idea de los agujeros negros primordiales ha existido durante mucho tiempo. Se han propuesto como una solución a todo, desde la materia oscura hasta por qué aún no hemos descubierto la hipotético noveno planeta de nuestro sistema solar. Pero los modelos teóricos han sugerido que los agujeros negros primordiales serían mucho más pequeños que incluso los agujeros negros de masa estelar, formados a partir de pequeñas fluctuaciones de densidad en el universo primitivo. Pero este nuevo estudio sugiere que la materia oscura y otros factores podrían hacer que algunos de ellos crezcan extraordinariamente grandes.

Si el universo primitivo era rico en materia oscura, particularmente una forma de materia oscura conocida como Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMP), entonces un agujero negro primordial podría consumir materia oscura para crecer rápidamente. Dado que la materia oscura no interactúa fuertemente con la luz, la materia oscura capturada no emitiría mucha luz o calor para amortiguar la tasa de crecimiento. Como resultado, estos agujeros negros podrían ser enormes incluso antes de que el universo se enfriara y se formaran las galaxias. El límite de masa superior de las SLAB dependería de cómo interactúa la materia oscura de WIMP consigo misma, por lo que si descubrimos alguna SLAB, podría ayudarnos a comprender la materia oscura.

Todavía no hemos observado ningún Agujero Negro Estupendamente Grande. Podrían estar escondidos en el corazón de galaxias distantes, pero también podrían estar al acecho en el vasto espacio entre los cúmulos galácticos. O puede que no existan. Pero vale la pena buscarlos, porque encontrar uno sería un descubrimiento realmente estupendo.

Referencia: Shemmer, O., et al. “Espectroscopía de infrarrojo cercano de núcleos galácticos activos de alto corrimiento al rojo. I. Una relación metalicidad-tasa de acumulación.” El diario astrofísico 614.2 (2004): 547.

Referencia: Carr, Bernard, Florian Kühnel y Luca Visinelli. “Restricciones en agujeros negros estupendamente grandes.” Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society 501.2 (2021): 2029-2043.