Un físico propone que los agujeros negros están relacionados con la energía oscura

Los fenómenos que más llaman la atención en el universo son generalmente los agujeros negros, la materia oscura y la energía oscura. Esto se debe a que el misterio, y las preguntas abiertas que rodean estos fenómenos, despiertan curiosidad tanto entre la comunidad científica como entre las personas ajenas al campo. Los tres fenómenos tienen una conexión directa o indirecta con la interacción gravitacional.

Mientras que los agujeros negros son objetos donde el campo gravitacional es tan extremo que ni siquiera la luz puede escapar, la energía oscura representa un efecto que tiene una propiedad opuesta. La energía oscura hace que los objetos del universo se alejen cada vez más a un ritmo acelerado. Aunque los dos no están relacionados, algunos físicos han planteado la hipótesis de que existe un vínculo entre los agujeros negros y la energía oscura.

Un estudio publicado por la Universidad de Michigan propuso una teoría que sugiere que los agujeros negros podrían ser responsables de la energía oscura. La idea surge de la cuestión de dónde la interacción gravitacional es tan intensa como en el comienzo del universo. Lo primero que me viene a la cabeza son los agujeros negros que incluso tienen una singularidad como al principio de todo. En otras palabras, los agujeros negros serían lo contrario del Big Bang.

Formación de agujeros negros

Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas, entran en un proceso llamado supernova. En una supernova, parte del material es expulsado en una explosión cuando el núcleo colapsa bajo su propia gravedad. El colapso del núcleo en una singularidad forma el objeto conocido como agujero negro. Otro objeto que puede formarse durante una supernova es una estrella de neutrones.

Otro proceso que puede formar agujeros negros se llama colapso directo, donde no se produce una explosión de supernova. Una vez que se forma un agujero negro estelar, puede crecer mediante un proceso llamado acreción. Esto sucede cuando el agujero negro atrae material a su alrededor, como gases o incluso estrellas, que cae en esta región de la que ni siquiera la luz puede escapar llamada horizonte de sucesos.

Energía oscura

La energía oscura representa un fenómeno misterioso que constituye alrededor del 70% del universo. Es la responsable de la aceleración de la expansión del universo, que se notó en los años 90 a través de las observaciones de supernovas del tipo Ia. Como la energía oscura hace que los objetos se alejen a un ritmo acelerado, tiene un efecto opuesto al de la gravedad que provoca que se acerquen aceleradamente.

Comprender la naturaleza de la energía oscura es importante para comprender la evolución del universo y también el futuro del universo. Dependiendo de la cantidad de energía oscura y de qué modelo es el correcto, el universo tiene diferentes escenarios finales como el Gran Desgarro (Big Rip) o la Muerte Térmica. Actualmente, los astrónomos mapean el cielo analizando la dinámica y la distancia de las galaxias para comprender los efectos de la energía oscura tanto ahora como en el pasado del universo.

Inflación

Y en el pasado, el universo pasó por una era llamada inflación, donde hubo un período de expansión acelerada justo después del Big Bang. Durante esta fase, el universo se expandió exponencialmente desde escalas atómicas hasta el tamaño de una galaxia. Se llama la primera aceleración del universo y responde a preguntas sobre cómo el universo tiene la misma temperatura sin haber tenido tiempo de intercambiar información.

Las fluctuaciones cuánticas que existieron en el universo en sus primeros momentos se expandieron a escalas mayores, creando regiones de estructuras como galaxias. Es posible observar pequeñas fluctuaciones en la radiación cósmica de fondo obtenida por Planck. El universo continuó expandiéndose después de la inflación pero sin acelerarse hasta hace unos miles de millones de años, cuando la energía oscura comenzó a dominar y surgió una nueva aceleración.

Causa y efecto

Investigadores de la Universidad de Michigan propusieron que los agujeros negros eran lo contrario de lo que ocurría durante la era de la inflación. En este proceso, la materia de los agujeros negros se convertiría en energía oscura durante el colapso. Esto sucedería porque la masa y la energía estarían relacionadas mediante la famosa ecuación de Einstein, E = mc². Argumentan esta idea con datos obtenidos por el instrumento de estudio de la energía oscura, DESI.

Los agujeros negros podrían acoplarse y crecer junto con el universo en expansión. Los investigadores compararon los datos de DESI con el número de agujeros negros estelares formados. Descubrieron que los datos eran consistentes entre sí, es decir, cuanto más grandes se formaban los agujeros negros, mayor era la cantidad de energía oscura en el universo. Según ellos, esto demostraría que existe una relación entre los agujeros negros y la energía oscura.

Próximos pasos

En el pasado, algunos artículos han defendido el vínculo entre los agujeros negros supermasivos y la energía oscura. Esta vez, los agujeros negros son estelares y de formación reciente, es decir, agujeros negros jóvenes, y se habrían formado en un máximo de formación estelar y agujeros negros.

Ahora el asunto es encontrar la dinámica de los agujeros negros, cómo se movían en las galaxias o incluso si fueron expulsados en los últimos mil millones de años. La idea es seguir utilizando datos DESI que puedan responder preguntas y confirmar si realmente existe un vínculo entre los agujeros negros y la energía oscura.

Fuentes y referencias de la noticia:

- Croker et al. 2024 DESI dark energy time evolution is recovered by cosmologically coupled black holes Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.