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Un equipo de astrónomos que incluye a Surhud More y Anupreeta More del Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica (IUCAA) acaba de descartar la posibilidad de que los agujeros negros primordiales sean uno de los principales componentes de la materia oscura.
Dilemas cosmológicos
En el sistema solar, a Mercurio, el planeta más cercano al Sol, le lleva solo 88 días dar una vuelta alrededor del Sol, mientras que Neptuno, el más lejano, tarda 165 años en hacer esta ronda. De la misma manera, las leyes de la gravedad esperan que veamos estrellas más cercanas al centro de las galaxias que giran más rápido que las estrellas del borde. Sin embargo, en la mayoría de las galaxias, a las estrellas más cercanas al centro y las situadas en el borde de las galaxias les lleva casi el mismo tiempo completar la órbita. Esto implicaba que algo invisible y que envolvía a las galaxias estaba dando un impulso adicional a las estrellas externas, acelerándolas. Esta entidad ha permanecido como uno de los rompecabezas centrales sin resolver en la cosmología desde la década de 1930. Es lo que conocemos como materia oscura.
Se considera que es "materia", ya que parece tener una atracción gravitatoria, y es "oscuro" porque no parece interactuar con la luz (o, en realidad, ninguna parte del espectro electromagnético).
Encuestas detalladas del cosmos indican que casi el 85% de la masa total del universo está compuesta de esta materia oscura. Por lo tanto, las estrellas, galaxias y átomos que vemos alrededor son solo la punta del iceberg y la materia oscura y escurridiza constituye la mayor parte del universo.
Agujeros negros primordiales
Los cosmólogos han propuesto varias hipótesis y teorías para explicar la materia oscura. Algunos postulan que está compuesto de neutrinos, que son partículas que no tienen carga pero tienen una masa diminuta y, por lo tanto, no tienen interacción con el espectro electromagnético, sino que interactúan gravitacionalmente. Otros, han postulado que pueden ser algún tipo nuevo de partículas elementales: "partículas masivas de interacción débil (WIMP)", o "partículas masivas de interacción gravitacional" (GIMP), que aún no se han detectado.
Cuando se propuso la hipótesis del Big Bang, dos físicos soviéticos, Yakov Borisovich Zel'dovich e Igor Dmitriyevich Novikov, demostraron que en el instante inicial del Big Bang, las densidades habrían sido muy altas en muchos puntos, dando como resultado la formación de pequeños agujeros negros. Fueron llamados "agujeros negros primordiales". Stephen Hawking los investigó en 1971 y calculó que la masa de los agujeros negros primordiales podía oscilar entre una centésima de miligramo y una masa de mil soles.
Los agujeros negros no son radiantes y no son visibles a través de ningún telescopio. Sin embargo, como lo sugirió Albert Einstein, si por casualidad, un pequeño agujero negro primordial eclipsa a una estrella distante, los rayos de luz de la estrella se doblarán alrededor del agujero negro debido al efecto gravitatorio, lo que hará que la estrella parezca más brillante de lo que originalmente es por un corto espacio de tiempo. Es lo que llamamos "lente gravitacional", y este fenómeno raro puede ocurrir solo cuando la estrella, el agujero negro y el observador en la Tierra están alineados en una línea recta.
El equipo de investigación, liderado por Masahiro Takada, Hiroko Niikura y Naoki Yasuda del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, usó la Hyper Suprime-Cam en el Telescopio Subaru japonés ubicado en Hawái para buscar cualquier evidencia de agujeros negros primordiales entre la Tierra y la galaxia de Andrómeda usando la técnica de lente gravitacional.
Buscando la aguja
Los expertos siguieron observando todo el disco de la galaxia de Andrómeda que está formado por cientos de miles de estrellas.
“La investigación es delicada y complicada. La estrella eclipsada puede iluminarse por un período de unos pocos minutos o unas pocas horas debido a las lentes gravitacionales, lo que requiere que el equipo tome varias imágenes para captar el parpadeo, en su caso ”, comenta Anupreeta More, un miembro del equipo.
Durante toda una noche, el equipo de investigación realizó 190 imágenes consecutivas de la galaxia de Andrómeda. “Si el universo está lleno de pequeños agujeros negros primordiales invisibles, con masas más ligeras que la Luna, como postula Stephen Hawking, deberíamos haber visto al menos 1.000 eventos de lentes gravitacionales. Vimos a lo sumo uno de tales eventos candidatos, si no ninguno. Esto implica que la teoría del profesor Stephen Hawking de que tales agujeros negros componen toda la materia oscura está mal ", concluye Anupreeta.
“Estudios anteriores ya habían descartado la existencia de un gran número de agujeros negros primordiales que podían variar en tamaño desde la masa de la Luna hasta aproximadamente 10 masas solares. El presente estudio descarta la presencia de agujeros negros primordiales con masas comparables a la Luna y tamaños de aproximadamente 0,1 milímetros también. Esto implica que, en el mejor de los casos, los agujeros negros primordiales de masa lunar pueden contribuir con el 0,1% de toda la masa de materia oscura ", aclara Surhud More, coautor del trabajo que recoge la revista Nature Astronomy.
Referencia: Microlensing constraints on primordial black holes with Subaru/HSC Andromeda observations. Nature Astronomy (2019) DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0723-1
Por: Sarah Romero.
Vía: Muy Interesante.