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  • 03/02/2019

astrofísica

La Voyager 1, la radiación de Hawking y la materia oscura

¿Se formaron numerosos agujeros negros de pequeño tamaño en la gran explosión? Fuera como fuese, no tantos como para explicar la materia oscura (si es que hay realmente una radiación de Hawking).

Physical Review Letters

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La Voyager 1 ha abandonado ya la heliosfera (la cavidad que protege del plasma interestelar a la zona planetaria del sistema solar); atravesó su frontera, la heliopausa, en agosto de 2012. Desde entonces recibe una cantidad mayor de partículas del medio interestelar. Se tiene así una forma de saber si la materia oscura está formada por agujeros negros que han empezado a evaporarse [NASA/JPL-Caltech].

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Los pequeños agujeros negros que pudieron haberse formado a poco de la gran explosión están entre los posibles candidatos a ser la materia oscura. Sin embargo, los datos muestran que como mucho podrían aportar una décima de un uno por ciento de esa parte de la masa del universo (la que no se observa directamente). Mathieu Boudaud y Marco Cirelli, de la Sorbona de París, lo deducen de unos datos de la sonda espacial Voyager 1, tal y como explican en Physical Review Letters.

La sonda tiene detectores que pueden captar los electrones y positrones que emitirían esos agujeros negros en su hipotética evaporación, que estaría produciéndose observablemente en estos momentos (al contrario que en los de masas mayores). Esa «radiación de Hawking» se generaría en el horizonte de los agujeros como consecuencia de efectos mecanicocuánticos.

Boudaud y Circelli centraron su atención en un determinado tipo de agujero negro: los que tendrían una masa como la de un cometa o un asteroide. No está claro que existan agujeros negros de ese tamaño. Si existiesen y emitiesen radiación de Hawking, harían que surcaran el espacio electrones y positrones de una energía de unos millones de electrón voltios (que se sumarían a los que emiten otras fuentes).

El campo magnético solar desviaría esa radiación, y por lo tanto no se podría observarla cerca de la Tierra. La Voyager 1, en cambio, se encuentra más allá de la heliopausa, en el medio interestelar, y en principio habría podido detectar ya las partículas.

Los positrones y electrones pierden deprisa su energía mientras atraviesan el medio interestelar. Por eso, el Voyager solo podría detectar partículas procedentes de fuentes que se hallasen en un radio de unos miles de años luz, pero bastaría para calcular una densidad media de los objetos buscados, explican Boudaud y Cirelli.

Con su estudio han tomado en consideración los agujeros negros de menor masa que, desde un punto de vista puramente teórico, puede haber: tendrían tamaño suficiente para no haber desaparecido en el tiempo transcurrido desde el principio del universo, pero no tanto como para que sus consecuencias gravitatorias fuesen observables.

Ya antes se había investigado mediante observaciones la posibilidad de que la materia oscura esté constituida por agujeros negros. Así, un estudio reciente descartaba que hubiese los suficientes con masas de estrella como para que pueda atribuírselos el ser la materia oscura.

Ahora se socava también la posibilidad de que la materia oscura esté formada por esos otros agujeros negros hipotéticos, de masa mucho menor: según el análisis de Baudaud y Cirelli, el flujo de partículas medido por la Voyager 1 es entre mil y un millón de veces menor que el que generarían unos agujeros negros de esas masas de haberlos en cantidad suficiente para explicar la materia oscura.

Este resultado concuerda con las mediciones de la radiación de fondo extragaláctica en rayos gamma, que también han restringido la posible contribución a la composición de la materia oscura de los agujeros negros primordiales emisores de radiación de Hawking.

Lars Fischer / spektrum.de

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Spektrum der Wissenschaft.

Referencia: «Voyager 1 e± further constrain primordial black holes as dark matter», de Mathieu Boudaud y Marco Cirelli en Phys. Rev. Lett. 122, 041104; se puede leer su prepublicación en arXiv:1807.03075 [astro-ph.HE].

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