Esta imagen simulada por computadora muestra un agujero negro supermasivo en el núcleo de una galaxia. La región negra en el centro representa el horizonte de eventos del agujero negro, donde ninguna luz puede escapar del agarre gravitacional del objeto masivo. La poderosa gravedad del agujero negro distorsiona el espacio a su alrededor como un espejo de la casa de la diversión. La luz de las estrellas de fondo se estira y difumina a medida que las estrellas pasan rozando el agujero negro. Crédito:NASA, ESA, y D. Coe, J. Anderson, y R. van der Marel (STScI)
Los agujeros negros primordiales (PBH) son objetos que se formaron solo fracciones de segundo después del Big Bang, considerado por muchos investigadores entre los principales candidatos para explicar la naturaleza de la materia oscura, sobre todo tras las observaciones directas de ondas gravitacionales realizadas por los detectores VIRGO y LIGO en 2016. "Hemos probado un escenario en el que la materia oscura está compuesta por agujeros negros no estelares, formado en el universo primordial, "dice Riccardo Murgia, autor principal del estudio publicado recientemente en Cartas de revisión física . La investigación se llevó a cabo junto con sus colegas Giulio Scelfo y Matteo Viel de SISSA — Escuela Internacional de Estudios Avanzados e INFN — Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (división de Trieste) y Alvise Raccanelli del CERN.
"Los agujeros negros primordiales siguen siendo objetos hipotéticos por el momento, pero se contemplan en algunos modelos del universo primordial, ", dice Raccanelli del CERN." Propuesto inicialmente por Stephen Hawking en 1971, han vuelto a destacar en los últimos años como posibles candidatos para explicar la materia oscura. Se cree que la materia oscura representa aproximadamente el 80 por ciento de toda la materia presente en el universo, por lo que explicar incluso una pequeña parte sería un gran logro. Buscando evidencia de la existencia de PBH, o excluyendo su existencia, también nos proporciona información de considerable relevancia sobre la física del universo primordial ".
Bosques cósmicos y telarañas
En este trabajo, los científicos se concentraron en la abundancia de PBH que son 50 veces más masivos que el sol. En breve, Los investigadores han tratado de describir mejor varios parámetros relacionados con su presencia (específicamente masa y abundancia) mediante el análisis de la interacción de la luz emitida desde cuásares extremadamente distantes con la red cósmica. una red de filamentos compuestos de gas y materia oscura presentes en todo el universo.
Dentro de este tejido denso, los eruditos se han concentrado en el llamado bosque Lyman-alfa, las interacciones de los fotones con el hidrógeno de los filamentos cósmicos, que presenta características muy ligadas a la naturaleza fundamental de la materia oscura.
Entre supercomputadoras y telescopios
Las simulaciones realizadas con el superordenador Ulysses de SISSA e ICTP han podido reproducir las interacciones entre fotones e hidrógeno. Los modelos se han comparado con interacciones reales detectadas por el telescopio Keck en Hawái. Luego, los investigadores pudieron rastrear varias propiedades de los agujeros negros primordiales para comprender los efectos de su presencia.
"Usamos una computadora para simular la distribución de hidrógeno neutro en escalas subgalácticas, que se manifiesta en forma de líneas de absorción en los espectros de fuentes distantes, "dice Murgia." Al comparar los resultados de nuestras simulaciones con los datos observados, es posible establecer límites sobre la masa y abundancia de los agujeros negros primordiales y determinar si estos candidatos constituyen materia oscura y en qué medida ”.
Los resultados del estudio parecen poner en desventaja el caso de que toda la materia oscura esté compuesta por un cierto tipo de agujero negro primordial (aquellos con una masa mayor a 50 veces la del sol) pero no excluyen totalmente que puedan constituir una fracción de ella.
"Hemos desarrollado una nueva forma de explorar de manera fácil y eficiente escenarios alternativos del modelo cosmológico estándar, según el cual la materia oscura estaría compuesta por partículas masivas de interacción débil (WIMP) ".
Estos resultados, importante para la construcción de nuevos modelos teóricos y para el desarrollo de nuevas hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura, ofrecen indicaciones mucho más precisas para trazar el intrincado camino hacia la comprensión de uno de los mayores misterios del cosmos.
