Raro triplete de cuásares forma uno de los objetos más masivos del universo

Los agujeros negros ultramasivos son los objetos más masivos del universo. Su masa puede alcanzar millones y miles de millones de masas solares. Las simulaciones de supercomputadoras en la supercomputadora Frontera del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) han ayudado a los astrofísicos a revelar el origen de los agujeros negros ultramasivos formados hace alrededor de 11 mil millones de años.

«Descubrimos que un posible canal de formación de agujeros negros ultramasivos surge de la fusión extrema de galaxias masivas que es más probable que ocurran alrededor del ‘mediodía cósmico'», dijo Yueying Ni, becaria postdoctoral en Harvard. Centro Smithsonian de Astrofísica.

Ni es el autor principal de obras publicadas en Cartas del Diario Astrofísico en diciembre de 2022, que encontró la formación de agujeros negros ultramasivos a partir de la fusión de cuásares triples, sistemas de tres núcleos galácticos iluminados por gas y polvo que caen en un agujero negro supermasivo entrelazado.

Trabajando de la mano con los datos de los telescopios, las simulaciones por computadora están ayudando a los astrofísicos a llenar los vacíos sobre los orígenes de las estrellas y objetos exóticos como los agujeros negros.

Una de las simulaciones cosmológicas más grandes hasta la fecha se llama astrid, co-desarrollado por Ni. Es la simulación más grande en términos de carga de partículas o memoria en el campo de las simulaciones de formación de galaxias.

“El objetivo científico de Astrid es estudiar la formación de galaxias, la coalescencia de agujeros negros supermasivos y la reionización a lo largo de la historia cósmica”, explicó. Astrid modela grandes volúmenes del cosmos que cubren cientos de millones de años luz, pero puede acercarse a muy alta resolución.

Ni desarrolló Astrid utilizando la supercomputadora Frontera del Texas Advanced Computing Center (TACC), la supercomputadora universitaria más poderosa de los Estados Unidos.

«Frontera es el único sistema que hemos hecho [in] Astrid desde el primer día. Es una simulación pura basada en Frontera», continuó Ni.

Frontera es ideal para las simulaciones de Astrid de Ni debido a su capacidad para admitir grandes aplicaciones que requieren miles de nodos de cómputo, sistemas físicos individuales de procesadores y memoria que se aprovechan juntos para algunos de los cómputos más difíciles de la ciencia.

«Utilizamos 2.048 nodos, el máximo permitido en la gran cola, para ejecutar esta simulación de manera rutinaria. Esto solo es posible en supercomputadoras grandes como Frontera», dijo Ni.

Sus hallazgos de las simulaciones de Astrid muestran algo completamente alucinante: la formación de agujeros negros puede alcanzar un límite superior teórico de 10 mil millones de masas solares. «Es una tarea computacional muy difícil. Pero solo puedes capturar estos objetos raros y extremos con una simulación de gran volumen», dijo Ni.

«Lo que encontramos fueron tres agujeros negros ultramasivos que reunieron su masa durante el mediodía cósmico, el momento hace 11 mil millones de años cuando la formación estelar, los núcleos galácticos activos (AGN) y los agujeros negros supermasivos en general alcanzan su punto máximo de actividad», agregó. . agregado.

Aproximadamente la mitad de todas las estrellas del universo nacieron durante el mediodía cósmico. La evidencia de esto proviene de datos de múltiples longitudes de onda de muchos estudios de galaxias, como el Estudio Profundo de Orígenes de los Grandes Observatorios, donde los espectros de galaxias distantes indican la edad de sus estrellas, su historia de formación estelar y los elementos químicos de las estrellas en su interior.

«En ese momento, detectamos una fusión extrema y relativamente rápida de tres galaxias masivas», dijo Ni. «Cada una de las masas de las galaxias tiene 10 veces la masa de nuestra propia Vía Láctea, y un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de cada galaxia. Nuestros hallazgos muestran la posibilidad de que estos sistemas de tripletes de cuásares fueran el antepasado de estos raros agujeros». negros masivos, después de que estos trillizos interactúen gravitacionalmente y se fusionen entre sí».

Además, nuevas observaciones de galaxias en el mediodía cósmico revelarán la coalescencia de agujeros negros supermasivos y la formación de otros ultramasivos. Ahora están llegando datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST), con detalles de alta resolución sobre las morfologías de las galaxias.

“Estamos buscando una maqueta de observación para los datos JWST de la simulación Astrid”, dijo Ni.

«Además, el futuro Observatorio de ondas gravitacionales (LISA) basado en interferómetro láser de la NASA nos permitirá comprender mejor cómo estos agujeros negros masivos se fusionan y/o se fusionan, así como la estructura jerárquica, la formación y las fusiones de galaxias a lo largo de la historia cósmica». ella añadió. «Es un momento emocionante para los astrofísicos, y es bueno que podamos tener una simulación para permitir predicciones teóricas para estas observaciones».

El grupo de investigación de Ni también planea un estudio sistemático del alojamiento AGN de ​​galaxias en general. «Son un objetivo científico muy importante para JWST, ya que determinan la morfología de las galaxias anfitrionas AGN y cómo se diferencian de la gran población de la galaxia durante el mediodía cósmico», agregó.

«Es genial tener acceso a las supercomputadoras, una tecnología que nos permite modelar parte del universo con gran detalle y hacer predicciones a partir de las observaciones», dijo Ni.