Una nueva investigación sugiere que pronto podremos probar una de las teorías más controvertidas de Stephen Hawking.
En la década de 1970, Hawking sugirió que materia oscura, la materia invisible que constituye la mayor parte de la materia en el universo, puede estar hecha de agujeros negros Formado en los primeros momentos de la gran explosión.
Ahora, tres astrónomos han desarrollado una teoría que explica no solo la existencia de materia oscura, sino también la aparición de los agujeros negros más grandes del universo.
«Lo que personalmente encuentro muy emocionante acerca de esta idea es cómo une elegantemente los dos problemas desafiantes en los que estoy trabajando – investigando la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros – y resolviéndolos de una sola vez», estudio co -autor Priamvada Natarajan, astrofísico de la Universidad de Yale, Dijo en un comunicado. Además, varios instrumentos nuevos, incluido el recién lanzado telescopio espacial James Webb, podrían producir los datos necesarios para evaluar finalmente la famosa idea de Hawking.
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Agujeros negros desde el principio
La materia oscura constituye más del 80% de toda la materia del universo, pero no interactúa directamente con la luz de ninguna manera. Simplemente flota alrededor siendo enorme, lo que afecta mi gravedad dentro de las galaxias.
Es tentador pensar que los agujeros negros podrían ser responsables de estas cosas esquivas. Después de todo, los agujeros negros son famosos por su oscuridad, por lo que llenar la galaxia con agujeros negros podría explicar teóricamente todas las observaciones de la materia oscura.
Desafortunadamente, en el universo moderno, los agujeros negros se forman solo después de que mueren las estrellas masivas y luego colapsan bajo el peso de su propia gravedad. Entonces, hacer agujeros negros requeriría muchas estrellas, lo que requeriría una matriz de materia normal. Los científicos conocen la cantidad de materia natural en el universo a partir de cálculos del universo temprano, donde fue el primero. hidrógeno Y helio formado. Simplemente no hay suficiente materia natural para producir toda la materia oscura que los astrónomos han observado.
gigantes dormidos
Aquí es donde entra Hawking. En 1971, sugirió que los agujeros negros se formaron en un entorno caótico en los primeros momentos del Big Bang. Allí, los focos de materia podrían alcanzar espontáneamente las densidades necesarias para formar agujeros negros, inundando el universo con ellos antes de que parpadearan las primeras estrellas. Hawking sugirió que estos agujeros negros «primitivos» pueden ser responsables de la materia oscura. Si bien la idea era intrigante, la mayoría de los astrofísicos se han centrado en encontrar una nueva partícula subatómica para explicar la materia oscura.
Además, los modelos de formación de agujeros negros primordiales han encontrado problemas de observación. Si se formaron demasiados en el universo temprano, cambiaron la imagen de la radiación residual del universo temprano, conocida como fondo cósmico de microondas (CMB). Esto significa que la teoría solo funciona cuando el número y el tamaño de los agujeros negros antiguos son algo limitados o entran en conflicto con las mediciones de la radiación CMB. .
La idea revivió en 2015 cuando el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser encontró el primer par de agujeros negros en colisión. Los agujeros negros eran mucho más grandes de lo esperado, y una forma de explicar su gran masa era decir que se formaron en el universo temprano, no en los corazones de estrellas moribundas.
Solución simple
En la última investigación, Natarajan y Niko Capilotti de la Universidad de Miami y Gunther Hasinger de la Agencia Espacial Europea se sumergen profundamente en la teoría de los agujeros negros primordiales, explorando cómo explican la materia oscura y posiblemente resuelven otros desafíos cósmicos.
Para pasar las pruebas de observación actuales, los agujeros negros primordiales deben estar dentro de un cierto rango de masa. En el nuevo trabajo, los investigadores plantearon la hipótesis de que los agujeros negros primordiales tenían una masa de aproximadamente 1,4 veces la masa del Sol. Construyeron un modelo del universo que reemplazó toda la materia oscura con estos agujeros negros bastante claros, y luego buscaron evidencia de observación que pudiera validar (o descartar) el modelo.
El equipo descubrió que los agujeros negros primordiales podrían desempeñar un papel importante en el universo al sembrar las primeras estrellas, las primeras galaxias y los agujeros negros supermasivos (SMBH). Las observaciones indican que las estrellas, galaxias y SMBH aparecen demasiado rápido en la historia cósmica, quizás demasiado rápido para ser explicado por los procesos de formación y crecimiento que observamos en el universo actual.
Los agujeros negros primordiales, si los hay, podrían ser las semillas de donde proceden todos los agujeros negros supermasivos, incluidos los que están en el centro de vía LácteaDijo Natarajan.
La teoría es simple y no requiere un jardín de nuevas partículas para explicar la materia oscura.
«Nuestro estudio muestra que sin introducir nuevas partículas o nueva física, podemos resolver los misterios de la cosmología moderna desde la naturaleza de la materia oscura en sí hasta el origen de los agujeros negros supermasivos», dijo Capilotti en el comunicado.
Hasta ahora, esta idea es solo un prototipo, pero se puede probar relativamente pronto. El telescopio espacial James Webb, lanzado el día de Navidad después de años de retrasos, fue diseñado específicamente para responder preguntas sobre el origen de las estrellas y las galaxias. Y la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales, especialmente la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA), está preparada para detectar más sobre los agujeros negros, incluidos los primordiales, si existen.
Juntos, los dos observatorios deberían proporcionar a los astrónomos suficiente información para reconstruir la historia de las primeras estrellas y posiblemente los orígenes de la materia oscura.
“Fue irresistible explorar esta idea en profundidad, sabiendo que tiene el potencial de validarla bastante pronto”, dijo Natarajan.
Publicado originalmente en Live Science.
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