Esta simulación de un agujero negro supermasivo muestra cómo distorsiona la región estrellada y captura la luz, creando la silueta de agujero negro. Crédito: simulación Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA; imagen de fondo ESA/Gaia/DPAC
Al proponer un modelo alternativo de cómo surgió el universo, un equipo de astrofísicos sugiere que todos los agujeros negros se crearon justo tras el Big Bang y representan toda la materia oscura.
Esa es la implicación de un estudio realizado por astrofísicos de la Universidad de Miami, la Universidad de Yale y la ESA que sugiere que los agujeros negros han existido desde el comienzo del universo y que estos agujeros negros primordiales podrían constituir la aún inexplicable materia oscura.
Si se demuestra que es cierto con los datos recopilados por el telescopio espacial James Webb, el descubrimiento puede transformar la comprensión científica de los orígenes y la naturaleza de dos misterios cósmicos: la materia oscura y los agujeros negros.
Nuestro estudio predice cómo se vería el universo temprano si, en lugar de partículas desconocidas, la materia oscura fuera formada por agujeros negros formados durante el Big Bang, como sugirió Stephen Hawking en la década de 1970". dijo en un comunicado Nico Cappelluti, profesor asistente de física en la Universidad de Miami y primer autor del estudio que se publica en The Astrophysical Journal.
"Esto tendría varias implicaciones importantes. Primero, no necesitaríamos 'nueva física' para explicar la materia oscura. Además, esto nos ayudaría a responder una de las preguntas más convincentes 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 en su centro", expone.
Se cree que la materia oscura, que nunca se ha observado directamente, es la mayor parte de la materia del universo y actúa como el andamiaje sobre el que se forman y se desarrollan las galaxias.
Por otro lado, se han observado agujeros negros, que se pueden encontrar en los centros de la mayoría de las galaxias. Un punto en el espacio donde la materia está tan compactada que crean una gravedad intensa.
En coautoría, Priyamvada Natarajan, profesor de astronomía y física en Yale, y Günther Hasinger, director de ciencia de la Agencia Espacial Europea (ESA), el nuevo estudio sugiere que los llamados agujeros negros primordiales de todos los tamaños representan toda la materia oscura en el universo.
"Los agujeros negros de diferentes tamaños siguen siendo un misterio", explicó Hasinger. "No entendemos cómo los agujeros negros supermasivos pudieron haber crecido tanto en el tiempo relativamente corto disponible desde que existió el universo".
Su modelo modifica la teoría propuesta por primera vez por Hawking y su colega físico Bernard Carr, quien argumentó que en la primera fracción de segundo después del Big Bang, pequeñas fluctuaciones en la densidad del universo pueden haber creado un paisaje ondulado con regiones "abultadas" que tenía masa extra. Estas áreas abultadas colapsarían en agujeros negros.
Esa teoría no ganó fuerza científica, pero Cappelluti, Natarajan y Hasinger sugieren que podría ser válida con algunas pequeñas modificaciones. Su modelo 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 festín con gas y estrellas en su vecindad, o fusionándose con otros agujeros negros.
Los agujeros negros primordiales, si existen, bien podrían 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. Lo que encuentro personalmente muy emocionante acerca de esta idea es cómo unifica elegantemente los dos problemas realmente desafiantes en los que trabajo, el de sondear la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve de una sola vez". dijo Natarajan.
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 el universo. Los autores del estudio dijeron que los agujeros negros primordiales en crecimiento presentarían "exactamente" la misma firma de radiación.