Noticia: Los agujeros negros y la formación galáctica
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=1073
Esta noticia nos va a llevar por una serie de papeles y requiere un comentario algo extenso. Creo que vale la pena.
El modelo actual de formación de discos galácticos en el modelo cosmológico basado en la materia oscura fría, da lugar a un colapso disipativo: La materia bariónica (gas) se concentra en los potenciales gravitatorios formados por la materia oscura y, en sistemas en los que la escala temporal dinámica es mayor que la escala temporal de enfriamiento, se enfría eficientemente perdiendo energía durante el colapso, para dar lugar a los discos galácticos, que se van formando por uniones de sistemas menores (mergers). La preexistencia de potenciales gravitatorios de la materia oscura es debido a la incapacidad de la materia bariónica de colapsar antes de la recombinación (z > 1100), al impedirselo la presión de la radiación.
Sin embargo, las simulaciones recientes indican que la existencia de uniones durante el proceso de colapso del gas bariónico, da lugar a una pérdida del momento angular (una excesiva concentración de la materia bariónica en un disco central), cosa que no se ajusta con los valores observados. Este problema se conoce como “angular momentum problem” o "overcooling". Además de este problema hay otros: La baja eficiencia de la acreción de bariones en galaxias, así como la formación de una gran cantidad de halos pequeños (“missing satellite problem”). El reciente descubrimiento de una galaxia oscura parece confirmar esta segunda predicción y eliminar el problema. Una excelente página es la de Julio Navarro de la Universidad de Victoria, Canadá, donde se describe el “state-of-the-art”: http://pinot.phys.uvic.ca/~jfn/mywebpage/gxform.html
Nuestra atención se fija en el "overcooling" o “angular momentum problem”. Para solucionarlo se presenta una hipótesis en el papel: A merger driven scenario for cosmological disk galaxy formation http://arxiv.org/astro-ph/0503369. La formación de discos galácticos se postula guiada por uniones en las cuales los agujeros negros toman un papel esencial como fuentes de energía, generando flujos de materia, calentando el disco y aumentando su momento angular. Este comportamiento viene mostrado por las simulaciones del papel que da origen a la noticia: Energy input from quasars regulates the growth and activity of black holes and their host galaxies http://arxiv.org/astro-ph/0502199.
La existencia de agujeros negros en el universo primitivo (a desplazamientos al rojo menores que 30 relevantes para la formación protogaláctica) que justifiquen esta hipótesis viene dada por un hecho concreto: Las primeras estrellas (populación III) no tuvieron contenido en metales. Debido a esto, el colapso isotermo, con enfriamiento de la nube, que dió lugar a ellas no fue tan eficiente como lo es actualmente, evitando la fragmentación (disminución de la masa de Jeans) de ésta mucho antes, y dando lugar a estrellas mucho mas masivas (de unas mil masas solares). Estas estrellas se consumieron pronto y dieron lugar a agujeros negros, debido a su alta masa.
¿Qué fue de estos agujeros negros? En el papel: Massive black hole remnants of the first stars I: abundance in present-day galactic haloes http://arxiv.org/astro-ph/03071171, se postula que estos agujeros se fusionaron para dar agujeros mayores, que hoy conforman los agujero masivos en el núcleo de las galaxias.
2 comentarios:
Después de releer cre que hace falta una aclaración, porque puede parecer increible que el papel comentado sea la única solución al problema del overcooling o pérdida del momento angular. Las simulaciones que dan lugar al problema, basadas en los trabajos de Navarro y Benz de 1991 y Navarro y White de 1993, son simulaciones que tienen en cuenta la dinámica de colisiones y gravitacional, asi como el enfriamiento radiativo, pero no otro tipo de fenómenos, como la formación estelar, la inyección de energia por vientos solares y supernovas. Precisamente este tipo de fenómenos son los que se espera que solucionen el problema. Introducirlos en simulaciones parece seguir siendo una tarea compleja. Imaginemos la situación asi: una serie de perturbaciones de densidad colapsan, disipan energia y se avalanzan sobre su centro, creando un bloque de alta densidad, debido al frenado prodcido por las uniones. Si se activa la formación estelar, quizás en forma de avalancha (starbursts), hay una inyección de energia que calienta el gas e impide su colapso excesivo. En el papel comentado esta causa se postula innecesaria debido a la acción de los agujeros negros sobre la dinámica.
Otro papel reciente con simulaciones intentando resolver el problema del momento angular:
The effects of feedback on the morphology of galaxy discs
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0503676
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