Los físicos de UCLA han propuesto nuevas teorías sobre cómo podrían haberse formado los primeros agujeros negros del universo y el papel que podrían desempeñar en la producción de elementos pesados ​​como el oro. platino y uranio.

Se publicaron en la revista dos artículos sobre su trabajo Cartas de revisión física .

Una pregunta de larga data en astrofísica es si los primeros agujeros negros del universo llegaron a existir menos de un segundo después del Big Bang o si se formaron solo millones de años después durante la muerte de las primeras estrellas.

Alexander Kusenko, un profesor de física de UCLA, y Eric Cotner, un estudiante graduado de UCLA, desarrolló una nueva teoría convincentemente simple que sugiere que los agujeros negros podrían haberse formado muy poco después del Big Bang, mucho antes de que las estrellas comenzaran a brillar. Los astrónomos han sugerido previamente que estos llamados agujeros negros primordiales podrían explicar toda o parte de la misteriosa materia oscura del universo y que podrían haber sembrado la formación de agujeros negros supermasivos que existen en los centros de las galaxias. La nueva teoría propone que los agujeros negros primordiales podrían ayudar a crear muchos de los elementos más pesados ​​que se encuentran en la naturaleza.

Los investigadores comenzaron considerando que un campo uniforme de energía invadió el universo poco después del Big Bang. Los científicos esperan que tales campos existieran en un pasado distante. Después de que el universo se expandió rápidamente, este campo de energía se habría separado en grupos. La gravedad haría que estos grupos se atraigan entre sí y se fusionen. Los investigadores de UCLA propusieron que una pequeña fracción de estos grupos crecientes se volviera lo suficientemente densa como para convertirse en agujeros negros.

Su hipótesis es bastante genérica, Kusenko dijo:y no se basa en lo que él llamó las "coincidencias improbables" que sustentan otras teorías que explican los agujeros negros primordiales.

El documento sugiere que es posible buscar estos agujeros negros primordiales utilizando observaciones astronómicas. Un método implica medir los cambios muy pequeños en el brillo de una estrella que resultan de los efectos gravitacionales de un agujero negro primordial que pasa entre la Tierra y esa estrella. A principios de este año, Astrónomos estadounidenses y japoneses publicaron un artículo sobre el descubrimiento de una estrella en una galaxia cercana que brillaba y se atenuaba precisamente como si un agujero negro primordial pasara frente a ella.

En un estudio separado, Kusenko, Volodymyr Takhistov, un investigador postdoctoral de UCLA, y George Fuller, profesor de UC San Diego, propuso que los agujeros negros primordiales podrían desempeñar un papel importante en la formación de elementos pesados ​​como el oro, plata, platino y uranio, que podría estar en curso en nuestra galaxia y otras.

El origen de esos elementos pesados ​​ha sido durante mucho tiempo un misterio para los investigadores.

"Los científicos saben que existen estos elementos pesados, pero no están seguros de dónde se forman estos elementos, "Dijo Kusenko." Esto ha sido realmente vergonzoso ".

La investigación de la UCLA sugiere que un agujero negro primordial choca ocasionalmente con una estrella de neutrones, del tamaño de una ciudad, remanente giratorio de una estrella que permanece después de algunas explosiones de supernova y se hunde en sus profundidades.

Cuando eso pasa, Kusenko dijo:el agujero negro primordial consume la estrella de neutrones desde el interior, un proceso que toma alrededor de 10, 000 años. A medida que la estrella de neutrones se encoge, gira aún más rápido, eventualmente causando que pequeños fragmentos se desprendan y salgan volando. Esos fragmentos de material rico en neutrones pueden ser los sitios en los que los neutrones se fusionan en elementos cada vez más pesados, Dijo Kusenko.

Sin embargo, la probabilidad de que una estrella de neutrones capture un agujero negro es bastante baja, dijo Kusenko, lo cual es consistente con las observaciones de solo algunas galaxias enriquecidas en elementos pesados. La teoría de que los agujeros negros primordiales chocan con las estrellas de neutrones para crear elementos pesados ​​también explica la falta observada de estrellas de neutrones en el centro de la Vía Láctea. un misterio de larga data en astrofísica.

Este invierno, Kusenko y sus colegas colaborarán con científicos de la Universidad de Princeton en simulaciones por computadora de los elementos pesados ​​producidos por una interacción estrella de neutrones-agujero negro. Al comparar los resultados de esas simulaciones con las observaciones de elementos pesados ​​en galaxias cercanas, los investigadores esperan determinar si los agujeros negros primordiales son realmente responsables del oro de la Tierra, platino y uranio.