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  • Septiembre 2017Nº 492

Cosmología

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Agujeros negros primordiales y materia oscura

¿Se compone la materia oscura de agujeros negros creados justo después de la gran explosión?

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[Nota de los editores: Para celebrar que este artículo ha merecido el VIII Premio de divulgación del CPAN, en la modalidad de trabajos publicados en medios de comunicación, podrá descargarse de forma gratuita hasta el próximo 30 de noviembre.]
 
Hace más de mil millones de años, dos agujeros negros remotos ejecutaron una danza mortal girando en espiral uno alrededor del otro hasta fusionarse. Aquella colisión fue tan violenta que hizo temblar el tejido del espaciotiempo, lo que generó ondas gravitacionales que se propagaron a través del cosmos a la velocidad de la luz. En septiembre de 2015, después de viajar más de mil millones de años luz, esas ondulaciones bañaron nuestro planeta y produjeron un breve «gorjeo» en los sensores del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), en Estados Unidos.

Aquella fue la primera detección directa de ondas gravitacionales, lo que confirmaba uno de los fenómenos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein, formulada hace un siglo. Sin embargo, los datos revelaron que cada uno de los agujeros negros que colisionaron era unas 30 veces más masivo que el Sol: entre dos y tres veces más de lo que cabría esperar de los agujeros negros ordinarios, nacidos en las explosiones de supernova de estrellas masivas. Hablamos de objetos tan grandes que resulta difícil explicar cómo pudieron formarse a partir de estrellas. Y aunque se hubiesen gestado de manera independiente a partir de estrellas muy masivas, luego habrían tenido que encontrarse y fusionarse. Sin embargo, la probabilidad de que algo así ocurra en un tiempo igual a la edad actual del universo resulta extremadamente baja. Por tanto, parece razonable sospechar que quizá se creasen en un proceso más exótico, en el que tal vez las estrellas no desempeñaron ningún papel. Más allá de haber detectado ondas gravitacionales, LIGO podría haber descubierto algo mucho más extraordinario: agujeros negros anteriores a la formación de las propias estrellas.

Aunque nunca hayamos visto hasta ahora tales agujeros negros, denominados «primordiales», algunos modelos teóricos indican que una enorme cantidad de ellos pudo haberse formado a partir del plasma denso y caliente que llenaba el cosmos menos de un segundo después de la gran explosión. Esta población hasta ahora oculta de agujeros negros podría explicar varios misterios de la cosmología moderna. En particular, tales objetos podrían dar cuenta de una parte o incluso de la totalidad de la materia oscura, la masa invisible que sabemos que compone el 85 por ciento de toda la materia del universo y que actúa como «pegamento gravitatorio» que mantiene unidas las galaxias y los cúmulos de galaxias. En los próximos años, las observaciones de LIGO y de otros instrumentos permitirán poner a prueba estas ideas, lo que podría conducir a una nueva revolución en nuestra comprensión del cosmos.

 

¿Agujeros negros o partículas?
En principio, los agujeros negros parecerían candidatos ideales para dar cuenta de la materia oscura, ya que no emiten luz. De hecho, junto con planetas y enanas marrones, fueron propuestos hace tiempo como posible solución al problema. Según esta idea, los centros de las galaxias y los halos esféricos que las rodean albergarían grandes cantidades de MACHO, acrónimo inglés de «objetos compactos masivos del halo». Estos astros generarían la atracción gravitatoria que hace falta para explicar el extraño movimiento de las estrellas y el gas en la periferia de las galaxias. En general, las galaxias rotan más rápido de lo que deberían si su única masa fuese la que podemos ver. La materia oscura proporciona esa atracción adicional que evita que las galaxias en rotación acaben arrojando sus estrellas fuera de sí.

Sin embargo, si los MACHO constituyen la mayor parte de la materia oscura del universo, deberían también dar cuenta de otras observaciones. Sabemos que la materia oscura da forma a las mayores estructuras del universo, ya que determina el origen y el crecimiento de las galaxias, los cúmulos y los supercúmulos. Estas estructuras se agregan a partir de las acumulaciones de gas que hay en el interior de los halos de materia oscura. Los cosmólogos han cartografiado con precisión la distribución espacial de dichas acumulaciones y la han correlacionado con las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas, la radiación fósil de la gran explosión. Además, la masa asociada a las grandes «nubes» de materia oscura de las galaxias y los cúmulos curva el espacio y distorsiona la luz de objetos lejanos, un fenómeno conocido como lente gravitatoria.

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