El Universo es demasiado pesado.
Según nuestras mediciones de la materia normal en el Universo, no hay suficiente para explicar la fuerza de los efectos gravitacionales que podemos ver.
Lo que sea que esté formando el resto de la masa no es nada que podamos detectar directamente, y la búsqueda para descubrir qué podría ser es a la vez desconcertante y abrumadora.
El término marcador de posición para esta masa misteriosa es “materia oscura”, y hay múltiples candidatos hipotéticos. Sin embargo, un nuevo artículo presenta un caso nuevo para un candidato propuesto por primera vez en la década de 1970 por Stephen Hawking y Bernard Carr: los agujeros negros primordiales.
“Nuestro estudio predice cómo se vería el Universo primitivo si, en lugar de partículas desconocidas, la materia oscura estuviera formada por agujeros negros formados durante el Big Bang, como sugirió Stephen Hawking en la década de 1970”. dice el físico Nico Cappelluti
“Esto tendría varias implicaciones importantes. Primero, no necesitaríamos ‘nueva física’ para explicar la materia oscura. Además, esto nos ayudaría a responder una de las preguntas más apremiantes de la astrofísica moderna: ¿Cómo podrían los agujeros negros supermasivos en el Universo temprano han crecido tanto tan rápido?
“Dados los mecanismos que observamos hoy en el Universo moderno, no habrían tenido tiempo suficiente para formarse. Esto también resolvería el antiguo misterio de por qué la masa de una galaxia es siempre proporcional a la masa del agujero negro supermasivo en su centro. “
Hay varias razones por las que los agujeros negros son no un candidato líder para la materia oscura. Sin embargo, son atractivos (juego de palabras absolutamente intencionado); como la materia oscura, estos objetos ultradensos no emiten luz y, si están en el espacio sin comer nada, son muy difíciles de detectar; solo puede hacerlo observando su efecto gravitacional en el espacio-tiempo circundante.
Uno de los problemas que enfrentan los físicos es la gran cantidad aparente de materia oscura. Según nuestros cálculos, solo el 15 por ciento de la materia del Universo está compuesto por materia normal. El otro 85 por ciento es materia oscura.
Eso es extremadamente difícil de compensar con los agujeros negros. Según nuestros modelos, los agujeros negros de masa estelar se forman a partir de estrellas masivas, y simplemente no hay suficientes estrellas masivas para ni siquiera acercarse a generar esa cantidad de agujeros negros. La mayoría de las estrellas del Universo son enanas rojas titchy.
Los agujeros negros primordiales, sin embargo, son otra cuestión, razón por la cual, en los últimos años, han visto algo así como un resurgimiento como candidatos a materia oscura. Como sugiere el nombre, estos son agujeros negros que podrían haberse formado a partir de sobredensidades en el plasma primordial que llenó el Universo inmediatamente después del Big Bang.
Estos agujeros negros podrían ser las ‘semillas’ de las que crecieron otros agujeros negros, pero otros también podrían haber permanecido lo suficientemente pequeños como para escapar a la detección.
Esta explicación también podría ayudar a explicar algunos otros acertijos, como cómo los agujeros negros supermasivos, de millones a miles de millones de veces la masa del Sol, se vuelven tan grandes. Por el momento, la pregunta es un rasguño de cabeza. Según los cálculos del equipo, estos gigantes podrían haber crecido en el Universo temprano fusionándose con otros agujeros negros primordiales y acumulando gas y estrellas cercanas.
“Los agujeros negros primordiales, si existen, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales se forman todos los agujeros negros supermasivos, incluido el que está en el centro de la Vía Láctea”. dice el astrónomo y físico Priyamvada Natarajan de la Universidad de Yale.
“Lo que personalmente encuentro muy emocionante acerca de esta idea es cómo unifica elegantemente los dos problemas realmente desafiantes en los que trabajo, el de sondear la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve de una sola vez. “
Los agujeros negros primordiales podrían incluso ayudar a explicar un misterioso exceso de radiación infrarroja en el Universo. Según el equipo, el crecimiento de agujeros negros primordiales produciría la misma firma infrarroja.
Si bien sin duda sería bueno resolver tantos misterios de “una sola vez”, todavía hay algunas preguntas que deben responderse.
Por ejemplo, la luz distante se curva cuando ha viajado hacia nosotros a través del campo gravitacional de un agujero negro, y simplemente no hemos detectado que esto ocurra con la frecuencia suficiente para explicar todos los agujeros negros que constituirían el 85 por ciento de la materia en el Universo.
Es posible que simplemente no hayamos realizado el tipo correcto de encuestas. Y esto es lo que el artículo del equipo se propuso hacer: no probar que los agujeros negros primordiales existen, sino exponer un caso de su existencia, para que podamos descubrir qué debemos buscar.
Con el telescopio espacial James Webb, con suerte, con los dedos cruzados, que se lanzará pronto, es posible que podamos obtener algunas respuestas.
“Si las primeras estrellas y galaxias ya se formaron en las llamadas ‘edades oscuras’, Webb debería poder ver evidencia de ellas”. dice el astrónomo Günther Hasinger de la Agencia Espacial Europea.
La investigación ha sido aceptada en El diario astrofísicoy está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.
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