Es posible que pronto podamos probar una de las teorías más controvertidas de Stephen Hawking, sugiere una nueva investigación.
En la década de 1970, Hawking propuso que materia oscura, la sustancia invisible que constituye la mayor parte de la materia en el cosmos, puede estar hecha de agujeros negros formado en los primeros momentos de la gran explosión.
Ahora, tres astrónomos han desarrollado una teoría que explica no solo la existencia de materia oscura, sino también la aparición de los agujeros negros más grandes del universo.
«Lo que encuentro personalmente muy emocionante acerca de esta idea es cómo unifica elegantemente los dos problemas realmente desafiantes en los que estoy trabajando, el de sondear la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve todos a la vez. «con el autor del estudio Priyamvada Natarajan, astrofísico de la Universidad de Yale, dijo en un comunicado. Además, varios instrumentos nuevos, incluido el telescopio espacial James Webb recientemente lanzado, podrían producir los datos necesarios para evaluar finalmente la famosa noción de Hawking.
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Agujeros negros desde el principio
La materia oscura representa más del 80% de toda la materia del universo, pero no interactúa directamente con la luz en absoluto. Simplemente flota siendo masivo, afectando el gravedad dentro de las galaxias.
Es tentador pensar que los agujeros negros podrían ser responsables de estas cosas esquivas. Después de todo, los agujeros negros son notoriamente oscuros, por lo que llenar una galaxia con agujeros negros podría explicar teóricamente todas las observaciones de materia oscura.
Desafortunadamente, en el universo moderno, los agujeros negros se forman solo después de que mueren las estrellas masivas y luego colapsan bajo el peso de su propia gravedad. Entonces, hacer agujeros negros requiere muchas estrellas, lo que requiere mucha materia normal. Los científicos saben cuánta materia normal existe en el universo a partir de cálculos en el universo temprano, donde la primera hidrógeno y helio formado. Y simplemente no hay suficiente materia normal para hacer toda la materia oscura que los astrónomos han observado.
gigantes dormidos
Ahí es donde entró Hawking. En 1971, sugirió que los agujeros negros se formaron en el entorno caótico de los primeros momentos del Big Bang. Allí, los focos de materia podrían alcanzar espontáneamente las densidades necesarias para crear agujeros negros, inundando el cosmos con ellos mucho antes de que las primeras estrellas brillaran. Hawking ha sugerido que estos agujeros negros «primarios» pueden ser responsables de la materia oscura. Si bien la idea era interesante, la mayoría de los astrofísicos se centraron en encontrar una nueva partícula subatómica para explicar la materia oscura.
Además, los modelos primordiales de formación de agujeros negros implicaron problemas de observación. Si muchos se formaron en el universo temprano, cambiaron la imagen de la radiación remanente del universo temprano, conocida como radiación de fondo cósmica (CMB). Esto significaba que la teoría solo funcionaba cuando el número y el tamaño de los agujeros negros antiguos eran muy limitados, o entraría en conflicto con las mediciones de CMB. .
La idea revivió en 2015, cuando el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser encontró su primer par de agujeros negros en colisión. Los dos agujeros negros eran mucho más grandes de lo esperado, y una forma de explicar su masa masiva era decir que se formaron temprano en el universo, no en los corazones de estrellas moribundas.
Una solucion simple
En la última investigación, Natarajan, Nico Cappelluti de la Universidad de Miami y Günther Hasinger de la Agencia Espacial Europea profundizaron en la teoría de los agujeros negros primordiales, explorando cómo podrían explicar la materia oscura y posiblemente resolver otros desafíos cosmológicos.
Para pasar las pruebas de observación actuales, los agujeros negros primordiales deben estar dentro de un cierto rango de masa. En el nuevo trabajo, los investigadores asumieron que los agujeros negros primordiales tenían una masa de aproximadamente 1,4 veces la masa del sol. Construyeron un modelo del universo que reemplazó toda la materia oscura con estos agujeros negros muy brillantes y luego buscaron pistas de observación que pudieran validar (o descartar) el modelo.
El equipo descubrió que los agujeros negros primordiales podrían desempeñar un papel importante en el universo, sembrando las primeras estrellas, las primeras galaxias y los primeros agujeros negros supermasivos (SMBH). Las observaciones indican que las estrellas, galaxias y SMBH aparecen muy rápidamente en la historia cosmológica, quizás demasiado rápido para ser explicado por los procesos de formación y crecimiento que observamos en el universo actual.
«Los agujeros negros primarios, si existen, pueden muy bien 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«, dijo Natarajan.
Y la teoría es simple y no requiere un zoológico de nuevas partículas para explicar la materia oscura.
«Nuestro estudio muestra que sin introducir nuevas partículas o nueva física, podemos resolver los misterios de la cosmología moderna, desde la naturaleza de la materia oscura en sí hasta el origen de los agujeros negros supermasivos», dijo Cappelluti en el comunicado.
Hasta ahora, esta idea es solo un modelo, pero podría probarse relativamente pronto. El telescopio espacial James Webb, que se lanzó el día de Navidad después de años de retraso, fue diseñado específicamente para responder preguntas sobre el origen de las estrellas y las galaxias. Y la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales, especialmente la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA), está a punto de revelar mucho más sobre los agujeros negros, incluidos los primordiales, si existen.
Juntos, los dos observatorios deberían dar a los astrónomos suficiente información para reconstruir la historia de las primeras estrellas y, potencialmente, los orígenes de la materia oscura.
«Fue irresistible explorar esta idea en profundidad, sabiendo que tenía el potencial de ser validada pronto», dijo Natarajan.
Publicado originalmente en Live Science.
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