¿Está la Materia Oscura Hecha de Agujeros Negros Primordiales?

Los astrónomos que estudian los movimientos de las galaxias y el carácter de la radiación cósmica de fondo de microondas se dieron cuenta en el siglo pasado de que la mayor parte de la materia del universo no era visible. Alrededor del 84% de la materia del cosmos es materia oscura, gran parte de la cual se encuentra en halos alrededor de las galaxias. Se denominó materia oscura porque no emite luz, pero también es misteriosa: no está compuesta por átomos ni por sus constituyentes habituales, como los electrones y los protones.

Mientras tanto, los astrónomos han observado los efectos de los agujeros negros y recientemente incluso han detectado ondas gravitacionales procedentes de un par de agujeros negros en fusión. Los agujeros negros suelen formarse en la muerte explosiva de estrellas masivas, un proceso que puede durar cientos de millones de años, ya que la estrella se une a partir del gas ambiental, evoluciona y finalmente muere. Se infiere que algunos agujeros negros existen en el universo primitivo, pero probablemente no hay tiempo suficiente en el universo primitivo para que se produzca el proceso de formación normal. Se han propuesto algunos métodos alternativos, como el colapso directo del gas primordial o los procesos asociados a la inflación cósmica y muchos de estos agujeros negros primordiales podrían haberse fabricado. (véase el artículo de Resonance Science Foundation: La astrofísica se pone de cabeza: los agujeros negros vienen primero).

El astrónomo del CfA Qirong Zhu dirigió un grupo de cuatro científicos que investigan la posibilidad de que la materia oscura actual esté compuesta por agujeros negros primordiales, siguiendo las sugerencias publicadas anteriormente. Si los halos de galaxias están formados por agujeros negros, deberían tener una distribución de la densidad diferente a la de los halos formados por partículas exóticas. También hay otras diferencias: se espera que los halos de agujeros negros se formen antes en la evolución de una galaxia que otros tipos de halos. Los científicos sugieren que observar las estrellas de los halos de las galaxias enanas débiles puede sondear estos efectos, ya que las galaxias enanas son pequeñas y débiles (brillan con apenas unos miles de luminosidades solares), donde los efectos leves pueden detectarse más fácilmente. El equipo realizó una serie de simulaciones por computador para comprobar si los halos de las galaxias enanas podrían revelar la presencia de agujeros negros primordiales y descubrieron que sí: las interacciones entre las estrellas y los agujeros negros del halo primordial deberían alterar ligeramente los tamaños de las distribuciones estelares.

Los astrónomos también concluyen que tales agujeros negros deberían tener masas de entre dos y catorce masas solares, justo en el rango esperado para estos objetos exóticos (aunque más pequeños que los agujeros negros detectados recientemente por los detectores de ondas gravitacionales) y comparable a las conclusiones de otros estudios. El equipo subraya, sin embargo, que todos los modelos no son todavía concluyentes y que la naturaleza de la materia oscura sigue siendo difícil de determinar.

Referencias: 

"Primordial Black Holes as Dark Matter: Constraints from Compact Ultra-faint Dwarfs," Qirong Zhu, Eugene Vasiliev, Yuexing Li, and Yipeng Jing, MNRAS 476, 2, 2018.

 

Artículo: Smithsonian Astrophysical Observatory

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