¿Son iguales los agujeros negros y la materia oscura?

Explicaciones de libros de texto invertidas, astrofísicos de la Universidad de Miami, la Universidad de Yale y la Agencia Espacial Europea sugieren que los agujeros negros primordiales son responsables de toda la materia oscura del universo.

Un equipo de astrofísicos propone un modelo alternativo de cómo surgió el universo y sugiere que todos los agujeros negros, desde los tan pequeños como la cabeza de un alfiler hasta los que cubren miles de millones de millas, se crearon inmediatamente después del Big Bang y representan toda la materia oscura. .

Este es el contenido de un estudio realizado por astrofísicos de la Universidad de Miami, la Universidad de Yale y la Agencia Espacial Europea, que indica que los agujeros negros han existido desde el comienzo del universo y que estos agujeros negros primordiales pueden ser tan oscuros como inexplicables. Tema. Si los datos recopilados del lanzamiento del telescopio espacial James Webb este mes resultan correctos, el descubrimiento podría transformar la comprensión científica de los orígenes y la naturaleza de dos misterios cósmicos: la materia oscura y los agujeros negros.

dijo Nico Cappelluti, profesor asociado de física en la Universidad de Miami y primer autor del estudio que se publicará en The Astrophysical Journal.

«Esto tendrá varias implicaciones importantes», continuó Capelloti, quien este año amplió la investigación que inició en la Universidad de Yale como becario postdoctoral en el Centro de Astronomía y Astrofísica de Yale. Primero, no necesitaríamos «nueva física» para explicar la materia oscura. Además, esto nos ayudará a responder una de las preguntas más urgentes de la astrofísica moderna: ¿cómo pudieron los agujeros negros supermasivos en el universo temprano crecer tan rápidamente? Dados los mecanismos que observamos hoy en el universo moderno, no tuvieron tiempo suficiente para formarse. Esto también resolvería el antiguo misterio de por qué la masa de una galaxia siempre es consistente con la masa del agujero negro supermasivo en su centro «.

Se cree que la materia oscura, que nunca se ha observado directamente, es la mayor parte de la materia del universo y sirve como un pilar sobre el que se forman y evolucionan las galaxias. Por otro lado, se han observado agujeros negros, que se pueden encontrar en los centros de la mayoría de las galaxias. Un punto en el espacio donde una sustancia está fuertemente comprimida, crea una gravedad intensa.

En coautoría con Priyamvada Natarajan, profesor de astronomía y física en la Universidad de Yale, y Gunther Hasinger, director de ciencia de la Agencia Espacial Europea (ESA), el nuevo estudio sugiere que los llamados agujeros negros primordiales de todos los tamaños representan toda la materia negra. . En el universo.

«Los agujeros negros de diferentes tamaños siguen siendo un misterio», explicó Hasinger. «No entendemos cómo los agujeros negros supermasivos pueden crecer tanto en el tiempo relativamente corto disponible desde la existencia del universo».

Su modelo modifica una teoría propuesta por Hawking y su colega físico Bernard Carr, quien argumentó que en el primer milisegundo después del Big Bang, pequeñas fluctuaciones en la densidad del universo podrían haber creado un paisaje ondulante con regiones «abultadas» que tenían exceso de masa. Estas regiones abultadas colapsarán en agujeros negros.

Esta teoría no ha ganado impulso científico, pero Capilotti, Natarajan y Hasinger sugieren que podría ser cierta con algunas modificaciones menores. Su modelo muestra que las primeras estrellas y galaxias se formaron alrededor de los agujeros negros en el universo temprano. También sugirieron que los agujeros negros primordiales habrían tenido la capacidad de convertirse en agujeros negros supermasivos al alimentarse de gas y estrellas en su vecindad, o al fusionarse con otros agujeros negros.

«La existencia de agujeros negros primordiales, podrían ser las semillas a partir de las cuales se forman todos los agujeros negros supermasivos, incluidos los del centro de la Vía Láctea», dijo Natarajan. «Lo que personalmente encuentro muy emocionante acerca de esta idea es la elegancia con la que une los dos problemas desafiantes en los que trabajo: investigar la naturaleza de la materia oscura y la formación y el crecimiento de los agujeros negros, y resolverlos de una sola vez».

Los agujeros negros primordiales también pueden resolver otro misterio cósmico: un exceso de radiación infrarroja, sincronizada con la radiación de rayos X, detectada a partir de débiles fuentes distantes esparcidas por todo el universo. Los autores del estudio dijeron que el crecimiento de los agujeros negros primordiales presentaría «exactamente» la misma firma de radiación.

Lo mejor de todo es que la existencia de agujeros negros primordiales puede demostrarse, o refutarse, en un futuro próximo, gracias al lanzamiento del telescopio Webb desde la Guayana Francesa antes de fin de año y al interferómetro láser SpaceX de la ESA (LISA). antena prevista para la década de 2030.

Desarrollado por la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense para suceder al Telescopio Espacial Hubble, Webb puede mirar hacia atrás más de 13 mil millones de años. Si la materia oscura estuviera formada por agujeros negros primordiales, entonces se habrían formado más estrellas y galaxias a su alrededor en el universo temprano, que es exactamente lo que una máquina del tiempo cósmica podría ver.

«Si las primeras estrellas y galaxias se formaron en la llamada edad oscura, Webb debería poder ver evidencia de ellas», dijo Hasinger.

Mientras tanto, LISA podrá captar señales de ondas gravitacionales de las primeras fusiones de agujeros negros primordiales.