La galaxia de Andrómeda es la galaxia vecina más cercana a la Vía Láctea, 2,5 millones de años luz de distancia. Crédito:Proyecto HSC / NAOJ
La teoría de que la materia oscura podría estar hecha de agujeros negros primordiales de una fracción de milímetro de tamaño ha sido descartada por un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU).
En 1974, El físico Stephen Hawking describió cómo los agujeros negros primordiales podrían haberse formado en una fracción de segundo después del Big Bang. Los agujeros negros primordiales podrían tener masas que van desde una pequeña mancha hasta 100, 000 veces nuestro sol. A diferencia de, Los agujeros negros supermasivos detectados por observaciones astronómicas comenzaron a formarse al menos cientos de miles de años después, y son millones o miles de millones de veces más grandes que nuestro sol. Dado que no se han detectado agujeros negros primordiales de ningún tamaño, han sido un candidato intrigante para la elusiva materia oscura.
Por lo que sabemos actualmente, La materia bariónica solo constituye el 5 por ciento de toda la materia del universo. El resto es materia oscura (27 por ciento) o energía oscura (68 por ciento), ambos aún no han sido detectados físicamente. Pero los investigadores confían en que la materia oscura existe porque podemos ver su efecto en nuestro universo. Sin la fuerza gravitacional de la materia oscura, las estrellas de nuestra Vía Láctea volarían en pedazos.
Para probar la teoría de que los agujeros negros primordiales, específicamente aquellos sobre la masa de la luna o menos, podría ser materia oscura, Los investigadores de Kavli IPMU Masahiro Takada, Naoki Yasuda, Hiroko Niikura y colaboradores de Japón, India y Estados Unidos buscaron estos pequeños agujeros negros entre la Tierra y la Galaxia de Andrómeda, la galaxia vecina más cercana de la Vía Láctea, 2,5 millones de años luz de distancia.
Datos de la estrella que mostraron características de ser magnificada por una lente gravitacional potencial, posiblemente por un agujero negro primordial. Aproximadamente 4 horas después de que comenzara la toma de datos del Telescopio Subaru, una estrella comenzó a brillar más. Menos de una hora después la estrella alcanzó el brillo máximo antes de volverse más tenue. (De izquierda a derecha) la imagen original, la imagen iluminada, la imagen diferencial y la imagen residual. Niikura y col.
"Lo que me interesó en este proyecto fue el tremendo impacto que tendría al descubrir la naturaleza de la materia oscura, "dice Niikura." Descubrir agujeros negros primordiales sería un logro histórico. Incluso un resultado negativo sería información valiosa para los investigadores que reconstruyen el escenario de cómo comenzó el universo ".
Para buscar agujeros negros el equipo utilizó el efecto de lente gravitacional. Las lentes gravitacionales fueron explicadas por primera vez por Albert Einstein, quien dijo que era posible que una imagen de un objeto distante, como una estrella, distorsionarse debido al efecto gravitacional de un objeto masivo entre la estrella y la Tierra. La gravedad del objeto masivo podría actuar como una lupa, doblando la luz de la estrella y haciéndola parecer más brillante o distorsionada para los observadores humanos en la Tierra.
Porque una estrella un agujero negro y la Tierra se mueven constantemente en el espacio interestelar, una estrella gradualmente se volvería más brillante, luego más tenue para los observadores en la Tierra, a medida que se mueve a través del camino de una lente gravitacional. Entonces, los investigadores capturaron 190 imágenes consecutivas de toda la galaxia de Andrómeda, gracias a la cámara digital Hyper Suprime-Cam del Telescopio Subaru en Hawaii. Si la materia oscura está hecha de agujeros negros primordiales y, en este caso, unos más ligeros que la luna, los investigadores esperaban encontrar 1, 000 microlentes gravitacionales. Calcularon esta estimación asumiendo que la materia oscura en todo el halo de la galaxia está formada por agujeros negros primordiales, y teniendo en cuenta el número de estrellas de la galaxia de Andrómeda que podrían verse afectadas por un agujero negro primordial, y finalmente las posibilidades de que sus equipos capturen un evento de microlentes gravitacionales.
El telescopio fotografió 90 millones de estrellas. El equipo tardó dos años en filtrar todo el ruido y los eventos de lentes no gravitacionales de los datos. En el final, solo pudieron identificar una estrella que se iluminó y luego se atenuó, lo que sugiere un posible agujero negro primordial, lo que significa que es poco probable que constituyan toda la materia oscura.
Aún así, Niikura explica que todavía hay mucho que aprender sobre los agujeros negros primordiales. Los investigadores solo habían desacreditado la teoría para una masa específica:agujeros negros con una masa similar o menor que la luna. Estudios previos han descartado otras masas, o hasta qué punto podrían explicar la materia oscura. Pero todavía existe la posibilidad de que haya agujeros negros primordiales de diferentes tamaños. El enfoque analítico desarrollado por el equipo de Kavli podría usarse en futuros estudios de agujeros negros primordiales, incluso tratar de determinar si los agujeros negros descubiertos por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) en los EE. UU. podrían de hecho ser primordiales.
