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 negra, la materia invisible que constituye la mayor parte de la materia en el universo, puede estar formada por agujeros negros Formado en los primeros momentos de la gran explosión.
Hoy, 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 interesante acerca de esta idea es cómo reúne elegantemente los dos problemas difíciles en los que estoy trabajando, investigando la naturaleza de la materia oscura y la formación y crecimiento de los agujeros negros, y los resuelve todos al mismo tiempo. . »Coautor Priamvada Natarajan, astrofísico de la Universidad de Yale, Dijo en un comunicado. Además, varios instrumentos nuevos, incluido el telescopio espacial James Webb recientemente lanzado, podrían producir los datos necesarios para finalmente probar 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 en absoluto. Simplemente flota por ser enorme, lo que afecta a mi la 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 notoriamente oscuros, por lo que llenar la galaxia con agujeros negros podría explicar teóricamente todas las observaciones de materia oscura.
Desafortunadamente, en el universo moderno, los agujeros negros no se forman hasta que las estrellas masivas mueren y luego colapsan bajo el peso de su propia gravedad. Por lo tanto, la creación de agujeros negros requeriría muchas estrellas, lo que requeriría mucha materia normal. Los científicos conocen la cantidad de materia natural en el universo a partir de cálculos en el universo temprano, donde estaba primero. hidrógeno mi helio formulario. Simplemente no hay suficiente materia natural para formar toda la materia oscura observada por los astrónomos.
gigantes dormidos
Aquí es donde entra Hawking. En 1971, sugirió que los agujeros negros se formaron en un entorno caótico al comienzo 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 brillen las primeras estrellas. Hawking sugirió que estos agujeros negros «primitivos» podrían ser responsables de la materia oscura. Si bien la idea era intrigante, la mayoría de los astrofísicos se centraron en encontrar una nueva partícula subatómica para explicar la materia oscura.
Además, los modelos primordiales de formación de agujeros negros han encontrado problemas de observación. Si bien muchos se formaron en el universo temprano, cambiaron la imagen de la radiación residual del universo temprano, conocida como radiación de fondo cósmica (CMB). Esto significa que la teoría solo funciona cuando el número y el tamaño de los viejos agujeros negros 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 masa masiva era decir que se formaron temprano en el universo, 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 profundizan 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 tienen 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 muy claros, luego buscaron evidencia de observación que pudiera validar (o descartar) el modelo.
El equipo descubrió que los agujeros negros primordiales podrían jugar un papel importante en el universo, sembrando las primeras estrellas, las primeras galaxias y los agujeros negros supermasivos (SMBH). Las observaciones indican que las estrellas, galaxias y SMBH aparecen muy rápidamente en la historia cósmica, quizás demasiado rápido para ser explicado por los procesos de formación y crecimiento que observamos hoy en el universo.
Los agujeros negros primordiales, si los hay, podrían ser las semillas de donde proceden todos los agujeros negros supermasivos, incluidos los que se encuentran en el centro de vía LácteaNatarajan Dise.
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, de la naturaleza de la propia materia oscura que es la fuente de los agujeros negros supermasivos”, dijo Capilotti en el comunicado.
Hasta ahora, esta idea es solo un prototipo, pero podría probarse con bastante rapidez. El telescopio espacial James Webb, lanzado el día de Navidad después de años de retraso, fue especialmente diseñado para responder preguntas sobre el origen de estrellas y galaxias. Y la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales, en particular la Antena Espacial Interferométrica Láser (LISA), está preparada para detectar más agujeros negros, incluidos los agujeros 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 tenía el potencial para validarla pronto”, dijo Natarajan.
Publicado originalmente en Live Science.
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