Los agujeros negros primordiales podrían ser el origen de la materia oscura


Si los agujeros negros «extremadamente grandes», aquellos con masas de más de 100 mil millones de veces la masa del Sol, existen en el Universo, proporcionarían una poderosa herramienta para los nuevos análisis y estudios cosmológicos debido a sus huellas únicas, según un artículo publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"Los agujeros negros son una predicción clave de la relatividad general", dijo el profesor Bernard Carr.

"Hay una plétora de observaciones que indican su existencia en el rango solar o de masa intermedia. En particular, la existencia de agujeros negros binarios en el rango de masa entre 10 y 50 masas solares ha sido demostrada por la detección de ondas gravitacionales de agujeros binarios en espiral".

"También hay evidencia de agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, incluido Sagitario A * en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, con una masa de 4 millones de masas solares".

Recientemente, la imagen de la sombra creada por M87 *, el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia elíptica gigante M87 con una masa de 6,5 mil millones de masas solares, ha sido reportada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos.

Los agujeros negros supermasivos en los núcleos galácticos abarcan un rango de masa enorme, extendiéndose hasta casi 100 mil millones de masas solares.

El agujero negro más pesado actual está asociado con el quásar TON 618 y tiene una masa de 70 mil millones de masas solares, mientras que el segundo más pesado, en el centro de la galaxia IC 1101, tiene una masa inferida de su emisión de radio de 40 mil millones de masas solares.

Esto plantea la cuestión de si podría haber agujeros negros aún más grandes en los núcleos galácticos y si de hecho existe algún límite superior natural para la masa de un agujero negro supermasivo.

El estudio
En el nuevo documento científico, el profesor Carr, el Dr. Florian Kühnel de la Universidad de Múnich y el Dr. Luca Visinelli de la Universidad de Amsterdam sugieren que los agujeros negros extremadamente grandes podrían ser objetos primordiales que se formaron en el Universo temprano y probablemente mucho antes que las galaxias existieran. Estamos hablando de objetos tan antiguos que preceden a la existencia de la formación de las galaxias.

Como los agujeros negros primordiales no se forman a partir de una estrella que colapsa, podrían tener una amplia gama de masas, probablemente partiendo de masas increíblemente pequeñas y masas tremendamente grandes.

"Si bien actualmente no hay evidencia de la existencia de agujeros negros extremadamente grandes, es concebible que puedan existir y también podrían residir fuera de las galaxias en el espacio intergaláctico, con interesantes consecuencias de observación", dijo el profesor Carr.

"Sin embargo, sorprendentemente, la idea de agujeros negros extremadamente grandes se ha descuidado en gran medida hasta ahora".

"Hemos propuesto opciones sobre cómo podrían formarse estos agujeros negros, y esperamos que nuestro trabajo comience a motivar debates entre la comunidad".

Si los agujeros negros extremadamente grandes son de origen primordial, esto plantea un vínculo interesante con la sugerencia de que los agujeros negros primordiales podrían proporcionar la materia oscura. Es decir, que los agujeros negros primordiales son la fuente y origen de la materia oscura en el Universo.

Aunque los agujeros negros extremadamente grandes en sí mismos claramente no pueden hacer esto, ya que son demasiado grandes para residir en los halos galácticos, es posible que los agujeros negros primordiales proporcionen la materia oscura en un rango de masa mucho menor.

"Los agujeros negros extremadamente grandes por sí mismos no podrían proporcionar la materia oscura", dijo el profesor Carr.

"Pero si existen, tendrían importantes implicaciones para el Universo temprano y haría plausible que los agujeros negros primordiales más ligeros pudieran hacerlo [actuar como el origen de la materia oscura]".

Referencia del documento científico:
Bernard Carr et al. 2021. Constraints on stupendously large black holes. MNRAS 501 (2): 2029-2043; doi: 10.1093/mnras/staa3651

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