Crédito:Instituto de Física de Leiden
¿Qué es la materia oscura? ¿Cómo se forman los agujeros negros supermasivos? Los agujeros negros primordiales podrían contener la respuesta a esta pregunta de larga data. Leiden y los cosmólogos chinos han identificado una nueva forma en que estos objetos hipotéticos podrían producirse inmediatamente después del Big Bang. Su investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física .
En su búsqueda por comprender el universo, los científicos se enfrentan a importantes acertijos sin resolver. Por ejemplo, las estrellas se mueven alrededor de las galaxias como si hubiera cinco veces más masa presente que la observada. ¿Qué hace que comprenda esta materia oscura? Y otro acertijo:las galaxias albergan enormes agujeros negros en sus núcleos, pesando millones de masas solares. En galaxias jóvenes las estrellas colapsadas no tuvieron tiempo suficiente para crecer tanto. ¿Cómo se formaron estos llamados agujeros negros supermasivos?
Los cosmólogos han propuesto una solución hipotética que podría resolver uno de los dos acertijos. Agujeros negros primordiales, engendrado poco después del Big Bang, tienen la capacidad de permanecer pequeños o ganar masa rápidamente. En el primer caso, son candidatos a la materia oscura. En este último caso, podrían servir como semillas para agujeros negros supermasivos. El cosmólogo Dong-Gang Wang de la Universidad de Leiden y sus colegas chinos Yi-Fu Cai, Xi Tong y Sheng-Feng Yan de la Universidad USTC han informado de una nueva forma en que los agujeros negros primordiales podrían haberse formado en la época del Big Bang.
Esta figura muestra la fracción de materia oscura debida a los agujeros negros primordiales (eje vertical), en función de su masa individual en masas solares (eje horizontal). Las áreas sombreadas están excluidas por observaciones astronómicas. El efecto de resonancia se manifiesta como picos estrechos (líneas punteadas rojas y azules) que muestran la distribución de masa de los agujeros negros primordiales. Porque los picos son estrechos, Se predice que todos los agujeros negros primordiales tienen la misma masa. Por nuestro Universo, solo hay un pico real, dependiendo de los detalles (aún desconocidos) del Big Bang. Por ejemplo, el pico azul corresponde a agujeros negros de aproximadamente 10 a 100 masas solares, el rango detectado recientemente por el experimento de ondas gravitacionales LIGO / VIRGO. Crédito:Instituto de Física de Leiden
Después del Big Bang, el universo contenía perturbaciones de pequeña densidad causadas por fluctuaciones cuánticas aleatorias. Estos son lo suficientemente grandes como para formar estrellas y galaxias, pero demasiado pequeños para convertirse en agujeros negros primordiales por sí mismos. Wang y sus colaboradores han identificado un nuevo efecto de resonancia que hace posibles los agujeros negros primordiales al mejorar ciertas perturbaciones de forma selectiva. Esto lleva a la predicción de que todos los agujeros negros primordiales deberían tener aproximadamente la misma masa. Los picos estrechos en la figura 1 muestran un rango de posibles masas como consecuencia de la resonancia.
Modelo viable
"Otros cálculos tienen diferentes formas de mejorar las perturbaciones, pero tengo problemas, "dice Wang." Usamos resonancia durante la inflación, cuando el universo creció exponencialmente poco después del Big Bang. Nuestros cálculos son lo suficientemente simples como para que podamos trabajar con ellos. En realidad, el mecanismo puede ser más complicado, pero esto es un comienzo. Los picos estrechos que obtenemos son inherentes al mecanismo, porque usa resonancia ".
