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ASTRONOMÍA. Los agujeros negros podrían ser materia oscura y haber existido desde el comienzo del universo

 

Vista simulada de un agujero negro frente a la Gran Nube de Magallanes. (Imagen: Alain R. | Wikimedia Commons)

¿Cómo se formaron los agujeros negros supermasivos? ¿Qué es la materia oscura? En un modelo alternativo de cómo llegó a ser el Universo, en comparación con la historia del Universo de "libro de texto", un equipo de astrónomos propone que estos dos misterios cósmicos podrían explicarse por los llamados "agujeros negros primordiales".

Nico Cappelluti (Universidad de Miami), Günther Hasinger (Director Científico de la ESA) y Priyamvada Natarajan ( Universidad de Yale ), sugieren que los agujeros negros existieron desde el comienzo del Universo y que estos agujeros negros primordiales podrían ser los que aún no han sido explicados. materia oscura. El nuevo estudio está aceptado para su publicación en The Astrophysical Journal.

En un modelo alternativo de cómo llegó a ser el Universo, en comparación con la historia del Universo de "libro de texto", un equipo de astrónomos propone que estos dos misterios cósmicos podrían explicarse por los llamados "agujeros negros primordiales". En el gráfico, el enfoque está en comparar el tiempo de aparición de los primeros agujeros negros y estrellas, y no significa que no haya agujeros negros considerados en el modelo estándar. Fuente: ESA

Los agujeros negros de diferentes tamaños siguen siendo un misterio. No entendemos cómo los agujeros negros supermasivos pudieron haber crecido tanto en el relativamente poco tiempo disponible desde que existió el Universo .

En el otro extremo de la escala, también puede haber agujeros negros muy pequeños, como sugieren las observaciones de Gaia de la ESA , por ejemplo. Si existen, son demasiado pequeños para haberse formado a partir de estrellas moribundas.

El nuevo 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 hasta el origen de los agujeros negros supermasivos.

Dos misiones futuras del programa de ciencia espacial de la ESA investigarán algunos de los fenómenos más extremos del Universo: Athena, el telescopio avanzado para astrofísica de alta energía, y LISA, la antena espacial de interferómetro láser. Actualmente en la fase de estudio, el lanzamiento de ambas misiones está programado para principios de la década de 2030. Athena será el observatorio de rayos X más grande jamás construido, investigando algunos de los fenómenos más calientes y energéticos del cosmos con una precisión y profundidad sin precedentes. Mientras tanto, LISA será el primer observatorio espacial de ondas gravitacionales: fluctuaciones en el tejido del espacio-tiempo producidas por la aceleración de objetos cósmicos con campos de gravedad muy fuertes, como pares de agujeros negros fusionados. Fuente: ESA - S. Poletti

Si la mayoría de los agujeros negros se formaron inmediatamente después del Big Bang , podrían haber comenzado a fusionarse en el Universo temprano, formando cada vez más agujeros negros masivos con el tiempo. El futuro observatorio espacial de ondas gravitacionales de la ESA, LISA, podría captar las señales de esas fusiones si existen agujeros negros primordiales. Los pequeños agujeros negros podrían ser simplemente los agujeros negros primordiales que aún no se han fusionado con otros más grandes.

Según este modelo, el Universo estaría lleno de agujeros negros por todas partes. Las estrellas comenzarían a formarse alrededor de estos grupos de "materia oscura", creando sistemas solares y galaxias durante miles de millones de años. Si las primeras estrellas se formaran realmente alrededor de agujeros negros primordiales, existirían antes en el Universo de lo esperado por el modelo "estándar".

El telescopio espacial James Webb es un observatorio espacial para ver más en el Universo que nunca. Está diseñado para responder preguntas importantes sobre el Universo y realizar descubrimientos importantes en todos los campos de la astronomía. Webb observará las primeras galaxias del Universo, revelará el nacimiento de estrellas y planetas y buscará exoplanetas con potencial de vida. Fuente: ESA / ATG medialab

Los agujeros negros primordiales, si existen, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales se forman todos los agujeros negros, incluido el que está en el centro de la Vía Láctea.

La misión Euclid de la ESA, que explorará el Universo oscuro con más detalle que nunca, podría desempeñar un papel en la búsqueda para identificar los agujeros negros primordiales como candidatos a materia oscura.

El próximo telescopio espacial James Webb de NASA / ESA / CSA , una máquina del tiempo cósmica que mira hacia atrás a más de 13 mil millones de años, arrojará más luz sobre este misterio.

“Si las primeras estrellas y galaxias ya se formaron en las llamadas 'edades oscuras', Webb debería poder ver evidencia de ellas”, dicen los científicos.

Fuente: “Exploring the high-redshift PBH-ΛCDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds” by N. Cappelluti, G. Hasinger and P. Natarajan, Accepted, The Astrophysical JournalarXiv:2109.08701

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