Los agujeros negros primordiales creados en los primeros instantes después del Big Bang (diminutos más pequeños que la cabeza de un alfiler y supermasivos que cubren miles de millones de kilómetros) pueden representar toda la materia oscura del universo.

Esa es la implicación de un nuevo modelo del universo primitivo creado por astrofísicos de Yale, la Universidad de Miami y la Agencia Espacial Europea (ESA). Si se demuestra que es cierto con los datos del telescopio espacial James Webb, que se lanzará próximamente, el descubrimiento transformaría la comprensión de los científicos sobre los orígenes y la naturaleza tanto de la materia oscura como de los agujeros negros.

Se cree que la materia oscura, que nunca se ha observado directamente, constituye la mayor parte de la materia del universo y actúa como el andamiaje invisible sobre el que se forman y desarrollan las galaxias. Los físicos han pasado años probando una variedad de candidatos a materia oscura, incluidas partículas hipotéticas como neutrinos estériles, partículas masivas de interacción débil (WIMPS) y axiones.

Se han observado agujeros negros, por otro lado. Un agujero negro es un punto en el espacio donde la materia está tan compactada que crea una gravedad intensa. Ni siquiera la luz puede resistir su atracción. Los agujeros negros se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias.

El nuevo estudio, aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal , se remonta a una teoría propuesta por primera vez en la década de 1970 por los físicos Stephen Hawking y Bernard Carr. En ese momento, Hawking y Carr argumentaron que en la primera fracción de segundo después del Big Bang, las pequeñas fluctuaciones en la densidad del universo pueden haber creado un paisaje ondulado con regiones "grumosas" que tenían masa adicional. Estas áreas llenas de bultos colapsarían en agujeros negros.

Aunque la teoría no ganó terreno entre la comunidad científica en general, el nuevo estudio sugiere que, si se modifica ligeramente, podría tener poder explicativo después de todo.

Si la mayoría de los agujeros negros primordiales "nacieron" con un tamaño de aproximadamente 1,4 veces la masa del sol de la Tierra, podrían representar potencialmente toda la materia oscura, dijo el profesor de astronomía y física de Yale, Priyamvada Natarajan, el teórico del artículo.

Natarajan y sus colegas dicen que su nuevo modelo muestra que las primeras estrellas y galaxias se habrían formado alrededor de agujeros negros en el universo primitivo. Además, dijo, los agujeros negros primordiales habrían tenido la capacidad de convertirse en agujeros negros supermasivos alimentándose de gas y estrellas en su vecindad, o fusionándose con otros agujeros negros.

"Los agujeros negros primordiales, si existen, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales se forman todos los agujeros negros supermasivos, incluido el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea", dijo Natarajan.

"Lo que personalmente encuentro superemocionante de esta idea es cómo unifica elegantemente los dos problemas realmente desafiantes en los que trabajo, el de investigar la naturaleza de la materia oscura y la formación y el crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve de una sola vez. ", agregó.

La misión del telescopio James Webb será encontrar las primeras galaxias que se formaron en el universo primitivo y ver estrellas formando sistemas planetarios.

El primer autor del nuevo estudio es Nico Cappelluti, ex becario postdoctoral del Centro de Astronomía y Astrofísica de Yale que ahora es profesor asistente de física en la Universidad de Miami. Günther Hasinger, director científico de la ESA, es el segundo autor del estudio.

"Nuestro estudio muestra que sin introducir nuevas partículas o nueva física, podemos resolver misterios de la cosmología moderna desde la naturaleza de la materia oscura hasta el origen de los agujeros negros supermasivos", dijo Cappelluti.

Los agujeros negros primordiales también pueden resolver otro rompecabezas cosmológico:el exceso de radiación infrarroja, sincronizada con la radiación de rayos X, que se ha detectado desde fuentes distantes y tenues dispersas por todo el universo. Natarajan y sus colegas dijeron que los agujeros negros primordiales en crecimiento presentarían "exactamente" la misma firma de radiación.

Lo mejor de todo es que la existencia de los agujeros negros primordiales se puede probar (o refutar) en un futuro próximo, cortesía del Telescopio Espacial James Webb y la misión de la Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA) de la ESA anunciada para la década de 2030.

Si la materia oscura se compone de agujeros negros primordiales, se habrían formado más estrellas y galaxias a su alrededor en el universo primitivo, precisamente la época que el telescopio James Webb podrá ver. Mientras tanto, LISA podrá captar señales de ondas gravitacionales de fusiones tempranas de agujeros negros primordiales.

"Si las primeras estrellas y galaxias ya se formaron en las llamadas 'edades oscuras', Webb debería poder ver evidencia de ellas", dijo Hasinger.

Natarajan agregó:"Fue irresistible explorar esta idea en profundidad, sabiendo que tenía el potencial de validarse bastante pronto".