Un equipo de investigadores de la Universidad de Hawái en Mānoa, en colaboración con especialistas de la Universidad de Chicago y la Universidad de Michigan en Ann Arbor, ha propuesto una solución novedosa al problema del crecimiento de los agujeros negros, muchos de los cuales son inesperadamente grandes para las predicciones científicas. Según la nueva teoría, los agujeros negros crecen junto con la expansión permanente del universo.
En su teoría general de la relatividad, Albert Einstein sostuvo que el universo se encuentra en expansión constante. Aunque esta idea es ampliamente aceptada en la comunidad científica, hasta el momento no se había sugerido que podría impactar directamente sobre los agujeros negros. Ahora, el nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal Letters indica que los agujeros negros se hacen más grandes a partir de la propia expansión del universo.
¿Crecen a la par del universo?
Esto explicaría por qué muchos agujeros negros son demasiado grandes para las expectativas de los científicos. Originalmente, los físicos esperaban que los agujeros negros tuvieran masas en el orden de los 40 soles como máximo, debido a que las fusiones de agujeros negros se concretan a partir de estrellas masivas, que no pueden mantenerse juntas si crecen demasiado.
Por el contrario, los últimos estudios realizados con instrumentos especializados como los observatorios LIGO y Virgo han descubierto muchos agujeros negros con masas superiores a 50 soles, algunos tan masivos como 100 soles. Según una nota de prensa, esta característica se explicaría porque los agujeros negros no crecerían solamente incorporando material de estrellas muertas, sino que ganarían masa a partir de la expansión del propio universo.
A pesar de no generar luz, las fusiones de agujeros negros se pueden observar mediante la emisión de ondas gravitacionales, que son perturbaciones del espacio-tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado. Estas ondas, también predichas por Einstein, han posibilitado un gran avance en las observaciones de estos fenómenos, sobretodo en los últimos años.
Sin embargo, los estudios realizados a partir de estas nuevas concepciones y tecnologías se han enfrentado a un dilema científico: ¿por qué los agujeros negros crecen tanto y cómo lo hacen? Se han desarrollado múltiples escenarios para intentar explicar estos tamaños inesperados, pero ninguna de las teorías ha logrado contentar a la mayoría de los especialistas.
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Acoplados cosmológicamente
Al parecer, la diversidad de fusiones de agujeros negros observadas y las enormes masas que pueden alcanzar estos misteriosos objetos cósmicos podrían entenderse a partir de la incorporación de material mediante un fenómeno denominado «acoplamiento cosmológico». Según Kevin Croker, el investigador principal a cargo del nuevo estudio, esto significa que las masas de los agujeros negros pueden crecer al unísono con el universo y su expansión, más allá de sumar material de su propio entorno.
En otras palabras, esto quiere decir que los agujeros negros están «acoplados cosmológicamente» y ganan energía y masa sin necesidad de consumir otras estrellas o incorporar gas. De acuerdo a los científicos estadounidenses, el universo continuó creciendo desde su formación y las masas de los agujeros negros fueron incrementándose a la par de esta expansión, a medida que avanzaban en espiral entre sí.
A pesar de ser una teoría impactante, los investigadores creen que su trabajo aún requiere de nuevas observaciones y estudios, porque diversos aspectos de la fusión de los agujeros negros no se conocen todavía en detalle, como así tampoco parte de los complejos procesos físicos que se desarrollan en estas estructuras.
Referencia
Cosmologically Coupled Compact Objects: A Single-parameter Model for LIGO–Virgo Mass and Redshift Distributions. Kevin S. Croker et al. The Astrophysical Journal Letters (2021).DOI:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac2fad
Foto: imagen de un agujero negro, iluminado por materia en descenso. En el nuevo estudio, los investigadores han propuesto un modelo en el cual los agujeros negros pueden ganar masa a partir de la propia expansión constante del universo. Crédito: Jean-Pierre Luminet.