Los agujeros negros y la materia oscura podrían ser lo mismo

Toda la materia oscura del universo estaría concentrada en los agujeros negros primordiales creados en los primeros instantes después del Big Bang, que son más pequeños que la cabeza de un alfiler y a la vez supermasivos. Su integración habría generado las primeras galaxias.

Según un nuevo modelo del universo temprano creado por astrofísicos de la Universidad de Yale, la Universidad de Miami y la Agencia Espacial Europea (ESA), la enigmática materia oscura se encontraría en los agujeros negros primordiales, surgidos en los primeros momentos que sucedieron al Big Bang. El modelo propuesto en el nuevo estudio, publicado en arXiv y aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal, podría transformar la comprensión de los científicos sobre los orígenes y la naturaleza de la materia oscura y los agujeros negros. 

La materia oscura no interacciona con el campo electromagnético, por lo tanto no se puede ver ni tampoco es reflejada por la luz visible. Sin embargo, su influencia gravitacional provoca que se acumule en un “halo” alrededor de la materia normal y sea imprescindible para explicar la rotación de los cuerpos en las galaxias, por ejemplo. Saber más sobre esta misteriosa sustancia invisible es crucial para incrementar nuestro entendimiento sobre cómo funciona en profundidad el universo.

De acuerdo a una

nota de prensa

de la Universidad de Yale, la nueva teoría es tan extraña como estimulante: propone que los primeros agujeros negros, diminutos pero a la vez dotados de una enorme masa comprimida, habrían concentrado la totalidad de la

materia oscura

presente en el cosmos. 

Agruparse y crecer

Luego del Big Bang, se habrían agrupado para “sembrar” las galaxias tempranas. Posteriormente, habrían crecido gracias a la acumulación de gas y a las fusiones con otros agujeros negros, hasta dar forma a los agujeros negros supermasivos que actualmente se observan en el centro de las galaxias, como por ejemplo nuestra Vía Láctea. 

La idea no parece tan descabellada, si tenemos en cuenta que los científicos creen que la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, actuando como una especie de “andamiaje” imperceptible sobre el cual se forman y crecen las galaxias. Vale destacar además que el nuevo estudio toma como punto de partida una teoría propuesta por primera vez en la década de 1970 por los físicos Stephen Hawking y Bernard Carr. 

En líneas generales, Hawking y Carr postularon que en la primera fracción de segundo después del Big Bang se registraron mínimas fluctuaciones en la densidad del universo, que crearon leves ondulaciones dotadas de masa extra. Las áreas más abultadas de ese paisaje ondulado colapsaron y desarrollaron los agujeros negros, según dicha teoría.

Observar los orígenes

Ahora, los especialistas a cargo de la nueva investigación han aportado otros ingredientes a esta concepción. Sostienen que si la mayoría de los agujeros negros primordiales creados en ese momento inicial del universo surgieron con un tamaño de aproximadamente 1,4 veces la masa de nuestro Sol, podrían potencialmente explicar toda la materia oscura existente en el cosmos. 

La hipótesis podría ser comprobada en breve: si la materia oscura está compuesta por agujeros negros primordiales, se habrían formado más estrellas y galaxias a su alrededor en el universo temprano, algo que podrá ser observado gracias al telescopio espacial James Webb, lanzado hace unos pocos días. 

Al mismo tiempo, la antena espacial de interferómetro láser (LISA) de la ESA, que estará operativa en la década de 2030, podrá captar señales de ondas gravitacionales de las primeras fusiones de agujeros negros primordiales. ¿Será esta teoría capaz de resolver al mismo tiempo dos grandes enigmas de la cosmología, como la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros?

Referencia

Exploring the high-redshift PBH-ΛCDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds

. Nico Cappelluti, Günther Hasinger and Priyamvada Natarajan. arXiv (2021).