¿Y si la materia oscura está hecha de agujeros negros primordiales?

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Actualizado 25/05/2016 16:44:35 CET

MADRID. 25 (EUROPA PRESS)

   La materia oscura es una misteriosa sustancia que compone la mayor parte del universo material, y hasta ahora se ha pensado ampliamente que es algún tipo de partícula exótica masiva.

   Una visión alternativa interesante es que la materia oscura está hecha de los agujeros negros que se formaron durante el primer segundo de la existencia de nuestro universo, conocidos como agujeros negros primordiales.

   Ahora, un científico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, sugiere que esta interpretación se alinea con nuestro conocimiento del brillo de fondo cósmico infrarrojo y de rayos X, y puede explicar las inesperadamente altas masas de la fusión de agujeros negros detectadas el año pasado.

   "Este estudio es un esfuerzo para reunir a un amplio conjunto de ideas y observaciones para probar lo bien que encajan, y el ajuste es sorprendentemente bueno," dijo Alexander Kashlinsky, astrofísico de Goddard. "Si esto es correcto, entonces todas las galaxias, incluida la nuestra, están incrustadas dentro de una vasta esfera de agujeros negros cada uno alrededor de 30 veces la masa del sol."

   En 2005, Kashlinsky dirigió un equipo de astrónomos utilizando el telescopio espacial Spitzer de la NASA para explorar el fondo del resplandor de la luz infrarroja en una parte del cielo. Los investigadores informaron de la agregación excesiva en la luz y concluyeron que probablemente fue causada por la luz agregada de las primeras fuentes que iluminaron el universo hace más de 13.000 millones de años. Los estudios de seguimiento han confirmado que este fondo cósmico infrarrojo (CIB) mostró una inesperada estructura similar en otras partes del cielo.

   En 2013, otro estudio comparó la forma en el fondo cósmico de rayos X (CXB) detectada por el observatorio de rayos X Chandra de la NASA, en comparación con el CIB en la misma zona del cielo. Las primeras estrellas emiten luz principalmente óptica y ultravioleta, que ahora se estira en el infrarrojo por la expansión del espacio, por lo que no deberían contribuir significativamente a la CXB.

   Sin embargo, el brillo irregular de baja energía de rayos X en el CXB se correspondía con la distribución irregular de la CIB bastante bien. El único objeto que sabemos de que puede ser lo suficientemente luminosa través de este listado un rango de energía es un agujero negro. El equipo de investigación llegó a la conclusión de que los agujeros negros primordiales deben haber sido abundantes entre las primeras estrellas, propiciando al menos aproximadamente uno de cada cinco fuentes que contribuyen a la CIB.

   La naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los problemas no resueltos más importantes de la astrofísica. Actualmente, los científicos están a favor de los modelos teóricos que explican la materia oscura como una partícula masiva exótica, pero las búsquedas hasta ahora no han podido presentar pruebas de que existen estas partículas hipotéticas.

   "El fracaso en encontrarlas ha llevado a un renovado interés en el estudio de lo bien que los agujeros negros primordiales - agujeros negros formados en la primera fracción del universo de un segundo - podrían funcionar como materia oscura."

   Los físicos han descrito varias formas en que el universo en rápida expansión caliente podría producir agujeros negros primordiales en las primeros milésimas de segundo después del Big Bang.

   El 14 de septiembre, las ondas gravitacionales producidas por una pareja de agujeros negros en fusión a 1.300 millones de años luz de distancia fueron capturados por las instalaciones del Interferómetro Láser Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Este evento marcó la primera vez detección de ondas gravitacionales, así como la primera detección directa de los agujeros negros. La señal proporcionó a los científicos de LIGO información sobre las masas de los agujeros negros individuales, que eran de masas 29 y 36 veces la del sol, más o menos unas cuatro masas solares. Estos valores eran inesperadamente grandes y sorprendentemente similares.

   "Dependiendo del mecanismo que intervenga, los agujeros negros primordiales podrían tener propiedades muy similares a lo que detecta LIGO", explicó Kashlinsky. "Si asumimos que este es el caso, que LIGO atrapó una fusión de agujeros negros formados en los inicios del universo, podemos ver las consecuencias que esto tiene en nuestra comprensión de cómo el cosmos evolucionó en última instancia", afirmó.

   En su nuevo estudio, publicado el 24 de mayo en The Astrophysical Journal Letters, Kashlinsky analiza lo que podría haber ocurrido si la materia oscura consistiera en una población de agujeros negros similares a los detectados por LIGO. Los agujeros negros distorsionan la distribución de la masa en el universo temprano, añadiendo una pequeña fluctuación que tiene consecuencias cientos de millones de años más tarde, cuando las primeras estrellas se empiezan a formar.

   Durante gran parte de los primeros 500 millones de años del universo, la materia normal se mantuvo demasiado caliente para fundirse en las primeras estrellas. La materia oscura no fue afectada por la alta temperatura, ya que, cualquiera que sea su naturaleza, interactúa principalmente a través de la gravedad. Agregada por atracción mutua, la materia oscura colapsó primero en grupos llamados minihaloes, que proporcionaron una semilla gravitacional que permite que la materia normal se acumule. El gas caliente colapsó hacia las minihaloes, lo que resulto en bolsas de gas suficientemente densas para colapsar aún más por su cuenta en las primeras estrellas.

   Kashlinsky muestra que si los agujeros negros representan el papel de la materia oscura, este proceso produce más rápidamente y fácilmente produce el abultamiento de la CIB detectado en los datos de Spitzer aunque sólo una pequeña fracción de minihaloes gestionar para producir estrellas.

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