¿Y si los agujeros negros son la materia oscura?

Un nuevo modelo de Universo resuelve de un solo golpe dos de los mayores misterios del Universo. El telescopio espacial James Webb podrá comprobar si la idea es o no correcta

04/01/2022 a las 00:56h.

Un equipo internacional de astrofísicos acaba de proponer un modelo alternativo de cómo surgió el Universo. Y el modelo sugiere que todos los agujeros negros, desde los microscópicos a los que abarcan miles de millones de km, se crearon instantáneamente después del Big Bang y ... son indistinguibles, en todos los aspectos. de la materia oscura. El estudio, que se publicará próximamente en 'The Astrophysical Journal', puede ya consultarse en el servidor de prepublicaciones ' arXiv '.

Los investigadores, de la Agencia Espacial Europea (ESA) y las universidades de Yale y Miami sugieren, en efecto, que los agujeros negros han existido desde el comienzo mismo del universo y que podrían ser lo que llamamos materia oscura, uno de los mayores desafíos de la ciencia actual, ya que a pesar de saber que está ahí, nadie ha conseguido aún detectarla. Si el recién lanzado telescopio espacial James Webb aporta los datos necesarios, el descubrimiento podría transformar la comprensión científica de los orígenes y la naturaleza de dos misterios cósmicos: la materia oscura y los propios agujeros negros.

Sin partículas desconocidas

«Nuestro estudio -explica Nico Cappelluti , primer autor del artículo- predice cómo se vería el universo temprano 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. Lo cual tendría varias implicaciones importantes. Primero, no necesitaríamos una 'nueva física' para explicar la materia oscura. Además, esto nos ayudaría a responder una de las preguntas más desconcertantes de la astrofísica moderna: ¿cómo pudieron los agujeros negros supermasivos en el universo temprano haber crecido 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 de su centro».

Actualmente la mayoría de los científicos piensa que la materia oscura, nunca observada directamente, es la forma más abundante de materia del Universo y actúa como el 'pegamento' que permite que las galaxias se forman y se mantengan unidas. Por otro lado, la mayor parte de las galaxias tienen en su centro un enorme agujero negro, cuya enorme fuerza gravitatoria obliga a que todas las estrellas que forman las galaxias giren a su alrededor.

El estudio, en el quer también han participado Priyamvada Natarajan , de la Universidad de Yale,y Günther Hasinger , director de ciencia de la Agencia Espacial Europea (ESA), unifica ambos conceptos y sugiere que los llamados agujeros negros primordiales de todos los tamaños representan, en realdad, toda la materia oscura del universo.

«Los agujeros negros de diferentes tamaños-afirma Hasinger- siguen siendo un misterio. No entendemos cómo los agujeros negros supermasivos pudieron haber crecido tanto en el tiempo relativamente corto disponible desde que existe el universo».

Una idea de Hawking

El nuevo modelo modifica la teoría propuesta por primera vez por Stephen Hawking y su colega Bernard Carr , según la que durante la primera fracción del primer segundo tras el Big Bang, pequeñas fluctuaciones en la densidad del universo pudieron haber creado un paisaje 'ondulado' con regiones 'abultadas' que tenían masa extra. Estas áreas abultadas habrían colapsado después en agujeros negros.

La teoría es muy minoritaria, pero Cappelluti, Natarajan y Hasinger sugieren que podría ser válida con algunas pequeñas modificaciones. Su modelo, de hecho, muestra que las primeras estrellas y galaxias se habrían formado alrededor de agujeros negros en el universo temprano. También proponen que los agujeros negros primordiales habrían tenido la capacidad de convertirse en agujeros negros supermasivos al darse un auténtico festín con el gas y las estrellas vecinas, o fusionándose con otros agujeros negros.

«Si existen -dice Natarajan- los agujeros negros primordiales bien podrían ser las semillas a partir de las cuales se formaron todos los agujeros negros supermasivos, incluido el que está en el centro de la Vía Láctea. Lo que personalmente encuentro súper emocionante acerca de esta idea es cómo unifica de forma elegante los dos problemas más desafiantes en los que trabajo, el de sondear la naturaleza de la materia oscura y la formación y el crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve de una sola vez».

Otro misterio resuelto

Los agujeros negros primordiales también pueden resolver otro enigma cosmológico: el exceso de radiación infrarroja, sincronizada con la radiación de rayos X, que se ha detectado desde fuentes distantes y tenues esparcidas por todo el universo. Los autores del estudio dijeron que los agujeros negros primordiales en crecimiento presentarían 'exactamente' la misma firma de radiación.

Y, lo mejor de todo, la existencia de agujeros negros primordiales puede demostrarse, o refutarse, en un futuro próximo, gracias al telescopio espacial James Webb , lanzado el pasado 25 de diciembre y que estará operativo en junio de 2022. El nuevo telescopio, en efecto, podrá mirar hacia atrás hasta casi 13.500 millones de años. Y si la materia oscura realmente está hecha de agujeros negros primordiales, el Webb podrá detectar si a su alrededor surgieron más estrellas y galaxias en el universo temprano, que es justo lo que esta 'máquina del tiempo' cósmica será capaz de ver por primera vez.