Gráfico que muestra la población observada de agujeros negros de unas pocas decenas de masas solares. Crédito:LIGO-Virgo / Frank Elavsky / Northwestern.
Hace unos pocos años, la colaboración LIGO / Virgo detectó ondas gravitacionales que surgen de una fusión binaria de agujeros negros utilizando los dos detectores del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO). Esto finalmente llevó a la observación de agujeros negros con masas que son aproximadamente 30 veces la masa del sol. Desde entonces, investigadores de todo el mundo han estado investigando estos agujeros negros, examinar específicamente si podrían ser de origen primordial, lo que significa que se produjeron en el universo temprano antes de que se formaran las estrellas y las galaxias.
Hooman Davoudiasl, un físico teórico en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York, ha introducido recientemente una nueva teoría que sugiere que los agujeros negros observados por la colaboración LIGO / Virgo se originan a partir de una transición de fase de confinamiento de quarks de primer orden. En su papel, publicado en Cartas de revisión física , Davoudiasl implementó esta idea utilizando un escalar de luz que podría resultar un buen candidato a materia oscura.
Detecciones recientes de la colaboración LIGO / Virgo sugieren que hay varios agujeros negros que tienen masas similares (aproximadamente 30 masas solares). Esto sugiere que podría haber una población de agujeros negros que se caracterizan por un valor de masa típico.
"Esta población puede estar asociada con la evolución estelar y ciertas condiciones astrofísicas, pero un origen primordial también podría ser una explicación potencial, "Hooman Davoudiasl, el investigador que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Esta última posibilidad es bastante intrigante, pero cómo se formaron tales objetos en el universo primitivo es una cuestión abierta ".
Un mecanismo que podría conducir potencialmente a la producción de agujeros negros primordiales (PBH) es una transición de fase cosmológica abrupta, que es algo similar a la transición de vapor a líquido que ocurre cuando el agua se condensa en una superficie fría. Un ejemplo de esta transición de fase en el universo temprano podría ser el enfriamiento de plasma caliente formado por quarks y gluones, que pudo haber ocurrido cuando el universo se expandió, y comenzaron a unirse en protones y neutrones.
Según las teorías físicas actuales, sin embargo, Hay dos problemas clave con este escenario. Primeramente, la transición no sería abrupta, y en segundo lugar, lo más probable es que conduzca a la producción de PBH con una masa similar a la del sol, en lugar de masas 10 o más veces mayores.
"En mi periódico, Me propuse examinar bajo qué supuestos adicionales, de fenómenos aún desconocidos, la imagen de arriba puede cambiar de una manera que conduzca a una explicación 'primordial' de la población de agujeros negros observada por LIGO / Virgo, "Dijo Davoudiasl.
La explicación que propuso se basa en una construcción teórica de larga data que sugiere que si hay tres o más quarks ligeros, la transición del plasma caliente de quarks-gluones a partículas nucleares podría, De hecho, ser brusco. La teoría de la física estándar actual que ha sido ampliamente probada, sin embargo, afirma que en este escenario, solo dos quarks son suficientemente ligeros; por lo tanto, la transición no sería abrupta (es decir, no sería una transición de fase de primer orden).
"Mi idea era ver cómo se puede hacer que esta situación cambie en el universo temprano, para que la transición sea abrupta, pero luego recupere la imagen estándar más adelante, correspondiente a datos experimentales actuales bien establecidos, "Davoudiasl explicó.
Davoudiasl esencialmente quería mostrar que bajo ciertas condiciones correspondientes a nuevos ingredientes físicos, tres o más quarks ligeros podrían, De hecho, han estado presentes en el universo primitivo mientras se producía la transición a la materia nuclear. En última instancia, esto implicaría una transición de fase de primer orden, permitiendo la producción de PBH con masas similares a las observadas por la colaboración LIGO / Virgo.
"Mi propuesta dispone que los quarks alcancen las masas que observamos hoy después, "Dijo Davoudiasl." Sin embargo, curiosamente, aumentando el número de quarks ligeros, también empuja las masas de PBH que podrían producirse a valores más grandes, más cercana a la de la población observada por LIGO / Virgo ".
La idea introducida por Davoudiasl en su reciente artículo podría explicar la producción de las PBH observadas por el equipo de LIGO / Virgo. Además, podría arrojar luz sobre por qué sus masas son más grandes de lo que cabría esperar según las teorías físicas actuales.
"Hacer que la transición sea abrupta como propuse no solo facilita la producción de PBH, pero también hace que sus masas esperadas sean más pesadas, acercándose a los observados por LIGO / Virgo a través de ondas gravitacionales, "Añadió Davoudiasl." Además, mi propuesta emplea una partícula hipotética muy ligera cuya dinámica controla la variación de las masas de los quarks desde muy pequeñas hasta sus valores observados hoy ".
Curiosamente, el hipotético "campo de luz" considerado en la teoría de Davoudiasl podría tener las propiedades adecuadas para ser la materia oscura del universo que innumerables investigadores han estado investigando y buscando. De hecho, los agujeros negros observados por la colaboración LIGO / Virgo pueden representar solo una pequeña fracción de la materia oscura, debido a varias limitaciones.
"Vale la pena pensar más en el tema general de las cosmologías no estándar, "Dijo Davoudiasl." Modificar algunas de nuestras suposiciones habituales con respecto al universo temprano podría conducir potencialmente a nuevos conocimientos sobre cuestiones abiertas en física y cosmología ".
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