Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC) se sumerge en el papel intrigante de los agujeros negros originales (PBH) en la formación de las primeras estrellas del universo, conocidas como estrellas de población III. Estos hallazgos, disponibles en el servidor de preimpresión ARXIV, pueden afectar nuestra comprensión de la materia oscura y la evolución de las estructuras cósmicas.
Las estrellas de la población III se consideran los primeros cuerpos celestes formados en el universo, que consisten en áreas llamadas ‘minihalos’, en gran parte compuestas de materia oscura. Debido a que estas estrellas son libres de metal y nunca se han observado de inmediato, los científicos han familiarizado simulaciones para desviar sus propiedades y las circunstancias en torno a su formación.
El equipo de investigación de UCSC investigó cómo PBHS podría influir en la formación de estrellas dentro de este minihalos. La simulación del universo temprano es compleja; Los investigadores utilizaron un paquete de software con el nombre de Gizmo para explorar dos componentes principales: la hidrodinámica, que considera cómo el gas y el polvo contribuyen a la formación de estrellas, y un escenario de inyección de N-cuerpo para tener en cuenta la dinámica de grandes cuerpos en la vecindad.
Sus simulaciones utilizaron el modelo de materia oscura fría lambda, el marco predominante de la cosmología de Big Bang y las funciones adicionales integradas para tener en cuenta el enfriamiento de gas esencial para comprender cómo eran las primeras estrellas. Los resultados sugirieron dos roles potenciales diferentes para los PBH: podrían actuar como catalizadores para la formación de estrellas o como obstáculos.
PBHS sólidos, con tamaños que siembran más de 100 masas solares más que el universo con estrellas más rápido al mejorar las fluctuaciones de densidad. Esto puede conducir a las primeras estrellas que se forman mucho antes de predecir los modelos actuales, lo que presenta una hipótesis falsificable intrigante para futuros estudios de observación.
A diferencia de los PBHs más pequeños, aproximadamente 10 masas solares, por otro lado, se mostró una influencia más matizada. Una escasez de estos PBH más pequeños podría suprimir la formación de estrellas a través de un proceso conocido como ‘calefacción de marea’, que aumenta la temperatura del gas que generalmente se enfría y se condensa en las estrellas. Sin embargo, si tan pequeños PBH están abundantemente presentes, pueden acelerar la formación de estrellas a través de su gravedad y servir como centros alrededor de los cuales el gas puede trabajar juntos.
Las simulaciones ofrecen interpretaciones variables de posibles observaciones futuras con respecto a la línea de tiempo de la formación de estrellas. Si se confirma que las primeras estrellas se forman rápidamente, esto puede indicar la presencia de PBH súper massivos o una gran cantidad de más pequeñas. Por el contrario, una formación de estrellas tardías respaldaría el papel de los PBH más pequeños, que influye en nuestra búsqueda más amplia de materia oscura.
Las perspectivas de recopilar datos para probar estas hipótesis son prometedoras, pero dependiendo de la capacidad operativa de los telescopios avanzados. Se espera que el telescopio espacial James Webb en particular desempeñe un papel crucial en la observación del universo temprano y la recopilación de estos datos necesarios, mientras que otras instalaciones como la matriz de kilómetro cuadrado (SKA) pueden aumentar nuestra comprensión de la cosmología de 21 cm, haciendo posible una exploración más profunda en la historia kosmic.
Si bien la comunidad científica está esperando ansiosamente nuevos datos, esta investigación subraya la complejidad de la evolución cósmica y el papel crucial que pueden desempeñar los agujeros negros primordiales en nuestra comprensión de la materia oscura y la formación de las primeras estrellas del universo.
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