Exploring the formation of supermassive black holes in protostar clusters, incorporating a hydrodynamic treatment: Its sensitivity to different temperatures.

Abstract

Los agujeros negros supermasivos tienen un origen enigmático y en los últimos años se han descubierto más de 200 de ellos con masas de alrededor de 109 M⊙ con un corrimiento al rojo muy alto z > 6. La formación de los primeros agujeros negros supermasivos sigue siendo una pregunta abierta en cosmología y uno de los caminos para explicar su formación es la creación de semillas de agujeros negros supermasivos a través de la acreción y colisiones en cúmulos masivos con una alta densidad estelar. En esta tesis investigamos la formación de una semilla de un agujero negro supermasivo mediante de un escenario de formación de colisiones y acreción en un cúmulo estelar denso de Población III en una nube de gas primordial. Además investigamos la sensibilidad del modelo a distintas temperaturas iniciales. Realizamos simulaciones de tres dimensiones multifísicas incluyendo hidrodinámica y dinámica de N-cuerpos con el código AMUSE. Utilizamos las condiciones iniciales de un sistema compacto, con un gas monoatómico en muy baja metalicidad con diferentes temperaturas iniciales, imitando enfriamientos de hidrógeno atómico o hidrógeno molecular del gas. Nuestros resultados apuntan a que es posible la formación de un objeto masivo central a través de colisiones y acreción del gas, alcanzando para todas las temperaturas (500−8000 K) masas del orden de 104 M⊙, siendo casi la masa total del sistema. Observamos que el cambio en la temperatura no impide la formación de un objeto muy masivo, pero puede influenciar su evolución. Las altas temperaturas de los gases reducen la acreción como resultado de las altas presiones centrales en el cúmulo, en comparación a temperaturas más bajas se alcanzan mayores tasas de acreción producto de una baja presión central, llevando a la formación de un objeto central masivo en menos tiempo. Este estudio amplia nuestro conocimiento en la formación de una semilla de un agujero negro supermasivo, incorporando un tratamiento numérico hidrodinámico del gas y recetas de acreción mas sofisticadas. La implementación numérica del gas y recetas de acreción mas avanzadas es un gran paso para comprender la formación de agujeros negros supermasivos. Es necesario implementar efectos de enfriamiento y calentamiento del gas físicamente consistente, añadir la química del gas y efectos de retroalimentación radiativa por parte de las protoestrellas y como ellos afectan a la evolución y formación de objetos masivos en el futuro.