La materia oscura resuelve el misterio de cómo existen los agujeros negros supermasivos: Heaven32
La materia oscura podría proporcionar a los agujeros negros supermasivos los frenos que necesitan para chocar entre sí al final de un largo viaje en espiral hacia su destino.
Según un nuevo modelo matemático, un enigma conocido como el problema del parsec final puede resolverse mediante la presencia de partículas de materia oscura autointeractuantes que permanecen agrupadas alrededor de los agujeros negros, lo que les permite cruzar la distancia final entre ellos.
Es un hallazgo que sugiere que la materia misteriosa que da al Universo su gravedad extra debe, por tanto, ser capaz de interactuar consigo misma, ya que el problema no puede resolverse con modelos de materia oscura no interactuantes.
“Mostramos que incluir el efecto previamente pasado por alto de la materia oscura puede ayudar a los agujeros negros supermasivos a superar este pársec final de separación y fusionarse”. dice El físico Gonzalo Alonso-Álvarez, de la Universidad de Toronto y la Universidad McGill, afirma: “Nuestros cálculos explican cómo puede ocurrir esto, al contrario de lo que se creía hasta ahora”.
Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el corazón de las galaxias, plantean a los astrónomos un enorme enigma. Sabemos que los agujeros negros de menor tamaño se forman a partir de núcleos colapsados de estrellas masivas que se han quedado sin combustible de fusión y han muerto. Estas masas más pequeñas pueden fusionarse para formar otras más grandes; la fusión de agujeros negros más masiva detectada hasta la fecha produjo un objeto con una masa equivalente a 142 soles.
Los agujeros negros supermasivos tienen entre millones y miles de millones de veces la masa del Sol. Es razonable suponer que pueden alcanzar ese tamaño al fusionarse con otros agujeros negros de tamaño monstruoso. Incluso hemos visto agujeros negros supermasivos girando uno alrededor del otro después de que sus galaxias se fusionaran, a lo largo de la historia del Universo, aparentemente en un curso de colisión final.
Sin embargo, lo que no está claro es cómo colisionan estos agujeros negros supermasivos. Según los modelos, a medida que giran en círculos, transfieren su energía orbital a las estrellas y al gas que los rodea, lo que hace que su órbita se vuelva cada vez más pequeña. A medida que se reduce su separación, también se reduce la cantidad de elementos que pueden robarles impulso.
Cuando están a aproximadamente un parsec de distancia (unos 3,2 años luz), su vecindario galáctico ya no puede soportar más desintegración orbital, por lo que la órbita de los agujeros negros se estabiliza durante lo que podría ser un período de tiempo muy largo. ¿Cuánto tiempo? Bueno, más tiempo del que lleva existiendo el Universo, al menos.
Una forma de determinar si los agujeros negros supermasivos realmente se han fusionado en el pasado es mediante ondas gravitacionales, enormes ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo causadas por grandes masas cuando cambian de velocidad. Si los agujeros negros supermasivos están colisionando en todo el Universo, debería haber un zumbido de fondo característico de ondas gravitacionales de muy baja frecuencia que ondean constantemente por todo el Universo.
Finalmente hemos detectado un zumbido de fondo de ondas gravitacionales, lo que sugiere que nos estamos perdiendo una parte fundamental de la historia de la colisión de agujeros negros supermasivos.
Este es el Problema de parsec final.
La materia oscura podría ser lo que nos falta. Sin embargo, según modelos anteriores de fusión de agujeros negros supermasivos, su interacción gravitatoria también debería expulsar partículas de materia oscura del sistema que, de lo contrario, podrían absorber ese último bit de energía orbital.
Ahora bien, el problema con la materia oscura es que no sabemos qué es. No interactúa con la materia normal del Universo más allá de su atracción gravitatoria, lo que la hace extremadamente difícil de investigar. En realidad, la llamamos materia oscura como un término provisional, y los científicos están tratando de averiguar sus propiedades estudiando el comportamiento del Universo de otras maneras.
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Alonso-Álvarez y sus colegas se preguntaron si no nos estábamos precipitando al proponer la materia oscura como solución, así que diseñaron modelos matemáticos para comprobarlo. Y descubrieron que la materia oscura que interactúa consigo mismo pueden permanecer en las proximidades de agujeros negros supermasivos fusionados, lo que les da a los agujeros negros algo a lo que pasar su última energía orbital para que finalmente puedan abrazarse y formar un agujero negro supermasivo extra grande.
Por el momento, los resultados son bastante teóricos, pero hacen predicciones que se pueden observar. Por ejemplo, los hallazgos predicen una suavización del zumbido de fondo de las ondas gravitacionales, del que ya se han visto indicios. Y los resultados también se pueden utilizar para comprender los halos de materia oscura que rodean las galaxias en todo el Universo, ya que las partículas deben interactuar a escala galáctica para poder resolver el problema final del pársec.
Finalmente, los investigadores dicen que sus hallazgos representan una nueva herramienta para descubrir los misterios de la materia oscura.
“Nuestro trabajo es una nueva forma de ayudarnos a comprender la naturaleza de las partículas de la materia oscura”, dice Alonso-Álvarez. “Hemos descubierto que la evolución de las órbitas de los agujeros negros es muy sensible a la microfísica de la materia oscura y eso significa que podemos utilizar las observaciones de las fusiones de agujeros negros supermasivos para comprender mejor estas partículas”.
La investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física.