Investigadores de la UCLA proponen una teoría innovadora que sugiere que la materia oscura jugó un papel crucial en la formación de agujeros negros supermasivos en el universo temprano, ofreciendo una solución a un antiguo enigma cósmico.
Un equipo de astrofísicos de la UCLA ha propuesto una teoría sorprendente para explicar la existencia de agujeros negros supermasivos en el universo primitivo, un misterio que ha desconcertado a los científicos durante décadas. Su estudio, publicado En la revista Physical Review Letters, se sugiere que la materia oscura puede haber jugado un papel crucial en la formación de estos gigantes cósmicos colosales mucho antes de lo que se creía posible.
Los agujeros negros supermasivos, como el que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, suelen formarse a lo largo de miles de millones de años. Se cree que estas entidades monstruosas, algunas con masas miles de millones de veces superiores a la de nuestro Sol, surgen de la acumulación gradual de gas y estrellas y de las fusiones de agujeros negros. Sin embargo, el telescopio espacial James Webb ha estado detectando agujeros negros supermasivos que parecen haberse formado durante la infancia del universo, lo que plantea una paradoja a las teorías astrofísicas convencionales.
“Qué sorprendente ha sido encontrar un agujero negro supermasivo con mil millones de masas solares cuando el universo en sí tiene solo 500 millones de años”, dijo en un comunicado Alexander Kusenko, profesor de física y astronomía en la UCLA y autor principal del estudio. comunicado de prensa“Es como encontrar un coche moderno entre huesos de dinosaurio y preguntarse quién construyó ese coche en tiempos prehistóricos”.
Este enigmático descubrimiento ha obligado a los investigadores a mirar más allá de las explicaciones tradicionales. Algunos científicos han sugerido que una enorme nube de gas podría colapsar directamente y convertirse en un agujero negro supermasivo, evitando así el largo proceso de evolución y fusión estelar. Sin embargo, el rápido enfriamiento de las nubes de gas suele provocar su fragmentación en objetos más pequeños, lo que impide la formación de grandes agujeros negros.
“La rapidez con la que se enfría el gas tiene mucho que ver con la cantidad de hidrógeno molecular”, dijo Yifan Lu, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en la UCLA, en el comunicado de prensa. “Las moléculas de hidrógeno se convierten en agentes refrigerantes a medida que absorben energía térmica y la irradian. Las nubes de hidrógeno en el universo primitivo tenían demasiado hidrógeno molecular y el gas se enfrió rápidamente y formó pequeños halos en lugar de grandes nubes”.
Al aventurarse en territorio desconocido, Lu, junto con el investigador postdoctoral Zachary Picker, identificaron una posible solución. Desarrollaron simulaciones que incorporaban radiación adicional que influye en el enfriamiento de las nubes de gas. Descubrieron que esta radiación podría alterar el hidrógeno molecular y evitar que el gas se enfríe demasiado rápido, lo que permitiría la formación de grandes nubes que finalmente colapsarían y se convertirían en agujeros negros supermasivos.
“Si se agrega radiación en un cierto rango de energía, se destruye el hidrógeno molecular y se crean condiciones que evitan la fragmentación de grandes nubes”, añadió Lu.
¿Pero cuál podría ser la fuente de esta radiación crítica?
Su respuesta apunta a la materia oscura, una esquiva forma de materia que constituye una parte importante del universo. Si bien se ha detectado la materia oscura a través de su influencia gravitatoria, su naturaleza exacta sigue siendo desconocida. Los investigadores especulan que la materia oscura podría consistir en partículas inestables que se desintegran en fotones, partículas de luz que podrían generar la radiación necesaria para mantener las nubes de hidrógeno lo suficientemente calientes como para evitar la fragmentación.
“Esta podría ser la solución a por qué los agujeros negros supermasivos se encuentran en etapas muy tempranas”, añadió Picker. “Si eres optimista, también podrías leer esto como evidencia positiva de un tipo de materia oscura. Si estos agujeros negros supermasivos se formaron por el colapso de una nube de gas, tal vez la radiación adicional requerida tendría que provenir de la física desconocida del sector oscuro”.
Esta teoría no sólo ofrece una explicación plausible de la formación de los primeros agujeros negros supermasivos, sino que también sugiere una nueva interacción entre la materia oscura y la materia ordinaria. Una interacción de este tipo podría revolucionar nuestra comprensión del cosmos y abrir nuevas vías para explorar las propiedades de la materia oscura.
Mientras los astrofísicos continúan desentrañando los misterios del universo primitivo, este estudio representa un avance monumental en la comprensión de cómo se formaron algunos de los objetos más antiguos y masivos que existen. El intrigante papel de la materia oscura en esta saga cósmica subraya la complejidad y la maravilla del universo, y nos recuerda que muchos de sus secretos aún están por descubrir.