El aprendizaje automático revela cómo crecen los agujeros negros
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El aprendizaje automático ha deducido las reglas que rigen la relación entre el crecimiento de una galaxia y el crecimiento del agujero negro supermasivo en su centro. La estrecha correlación entre las dos tasas de crecimiento encontradas en esta investigación confirma una teoría de hace décadas.
Se cree que la mayoría de las galaxias, si no todas, albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Estos agujeros negros tienen masas superiores a 100.000 veces la del Sol, o incluso millones o miles de millones de veces más masivas que el Sol. Los astrónomos se han preguntado cómo estos gigantes crecen tan rápido y cómo se forman en primer lugar.
Haowen Zhang (Universidad de Arizona) y el Dr. Peter Behroozi (NAOJ y Universidad de Arizona), los autores principales de un nuevo estudio, construyeron un marco de aprendizaje automático en el que las computadoras generarían nuevas reglas sobre el crecimiento de agujeros negros supermasivos sobre tiempo, use estas reglas para simular el crecimiento de miles de millones de agujeros negros en un universo virtual y, finalmente, «observe» el universo virtual para probar si coincide con las observaciones de los agujeros negros en el universo real. Después de probar millones de conjuntos de reglas, las computadoras eligieron las reglas que mejor describen las observaciones existentes.
Los resultados muestran que los agujeros negros supermasivos crecieron más vigorosamente durante los primeros mil millones de años del Universo, y luego crecieron mucho más lentamente desde entonces.
«Sabemos desde hace algún tiempo que las galaxias tienen este comportamiento extraño, en el que alcanzan un máximo en su tasa de formación de nuevas estrellas, luego disminuye con el tiempo y luego, más tarde, dejan de formar estrellas por completo», explica Behroozi. “Ahora hemos podido demostrar que los agujeros negros hacen lo mismo: crecen y mueren al mismo tiempo que sus galaxias anfitrionas. Esto confirma una hipótesis de hace décadas sobre el crecimiento de los agujeros negros en las galaxias.
Sin embargo, los resultados plantean más preguntas. Los agujeros negros son mucho más pequeños que las galaxias en las que viven. Si la Vía Láctea se redujera al tamaño de la Tierra, su agujero negro supermasivo sería del tamaño del punto al final de esta oración. Para que el agujero negro crezca al mismo ritmo que la galaxia más grande, debe haber sincronización entre los flujos de gas a escalas muy diferentes. Queda por entender cómo los agujeros negros conspiran con las galaxias para lograr este equilibrio.
Estos resultados aparecieron por primera vez como Zhang et al. «TRINITY I: Modelado autoconsistente de la conexión halo-galaxia-agujero negro supermasivo de z=0-10» en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el 16 de octubre de 2022, con una versión editada publicada el 25 de noviembre de 2022.
