La materia oscura estaría formada por agujeros negros primordiales, sugiere estudio

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La materia oscura estaría formada por agujeros negros primordiales, sugiere estudio

Ilustración de dos agujeros negros / Aaron M. Geller, Northwestern University/CIERA

La búsqueda por la misteriosa materia oscura continúa. Un estudio que analiza ondas gravitacionales sugiere que en realidad podría consistir en vastas concentraciones de antiguos agujeros negros creados en el comienzo del universo. Los detalles del estudio fueron publicados en Physical Review Letters.

Desconocemos lo que es la materia oscura, solo podemos saber de su existencia por los efectos gravitacionales. Estos no pueden ser explicados por cosas que detectemos directamente. Aproximadamente el 80% de toda la materia en el Universo es materia oscura, aunque no podemos ver ni una pizca de ella.

Una pista

El equipo de astrónomos, dirigidos por Volodymyr Takhistov, de la Universidad de California, estudió las ondas GW190425 y GW190814. Éstas fueron detectadas en 2019 por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) EE.UU., y el Interferómetro Virgo en Italia.

Un análisis anterior sugirió que las ondas se produjeron por colisiones de agujeros negros entre 1,7 y 2,6 veces la masa de nuestro sol y una estrella de neutrones más pequeña o un agujero negro mucho más grande.

Pero eso haría que uno de los objetos sea un agujero negro de masa solar, con aproximadamente la masa del sol. El problema, es que la física convencional no explica bien la naturaleza de los agujeros negros de masa solar.

Entonces, Takhistov y su equipo proponen que los agujeros negros de masa solar pueden ser agujeros negros “primordiales” creados durante el Big Bang. O podrían haberse formado más tarde, cuando las estrellas de neutrones se transmutaron en agujeros negros; ya sea después de tragarse los agujeros negros primordiales o después de absorber ciertos tipos propuestos de materia oscura.

Agujeros negros primordiales

De existir, los agujeros negros primordiales probablemente surgieron en el primer segundo del Big Bang hace aproximadamente 13,77 mil millones de años. Habrían tenido todos los tamaños: el más pequeño habría sido microscópico y el más grande decenas de miles de veces la masa de nuestro sol.

Los cálculos muestran que el más pequeño ya estaría “evaporado” al emitir partículas cuánticas a través de un proceso conocido como radiación de Hawking. De modo que solo los agujeros negros primordiales con masas superiores a 10^11 kilogramos, aproximadamente la masa de un pequeño asteroide, seguirían existiendo hoy.

Si existieran, estos antiguos agujeros negros podrían formar los inmensos halos de “materia oscura” que bordean las galaxias, piensan algunos astrofísicos.

El estudio

Los investigadores querían saber si podían distinguir los agujeros negros primordiales de los formados a partir de estrellas de neutrones. Calcularon que las estrellas cinco veces la masa del sol más pequeñas colapsan para dejar atrás una estrella de neutrones de materia ultradensa.

En esta teoría, la intensa gravedad de algunas estrellas de neutrones habría atraído continuamente partículas de materia oscura. Eventualmente, su gravedad se habría vuelto tan grande que la estrella y la materia oscura se habrían derrumbado juntas en un agujero negro, sugiere el estudio.

Una alternativa propuesta nos habla sobre si una estrella de neutrones pudo atraer y haberse fusionado con un pequeño agujero negro primordial. Éste luego se instalaría en el centro de gravedad de la estrella de neutrones, para alimentarse de la materia circundante hasta solo quedar el agujero negro.

Ondas gravitacionales

Takhistov y sus colegas creen que los agujeros negros transmutados a partir de estrellas de neutrones deberían seguir la misma distribución de masa de las estrellas de neutrones de las que se originaron, lo cual depende del tamaño de sus estrellas madre.

Teniendo eso en cuenta, analizaron los datos de las aproximadamente 50 detecciones de ondas gravitacionales realizadas hasta la fecha y encontraron que solo dos (GW190425 y GW190814) involucraban objetos con las masas adecuadas para ser agujeros negros primordiales.

Sin embargo, la investigación no es concluyente. Todavía es posible que esas colisiones involucraran estrellas de neutrones de las masas detectadas, o agujeros negros transmutados de estrellas de neutrones de esos tamaños.

Pero la distribución de masa de las estrellas de neutrones que se teoriza que existen en el universo lo hace poco probable. De ser el caso, los agujeros negros primordiales realmente podrían existir y ser un componente de la materia oscura. Eventualmente lo averiguaremos conforme estudiemos más las ondas gravitacionales.

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