Una nueva teoría cosmológica podría explicar por qué la materia oscura llegó a dominar el universo.
La materia oscura, que representa el 80% de toda la masa de las estructuras cósmicas, es una sustancia misteriosa que ejerce la gravedad, pero que no interactúa con la luz.
Según la nueva teoría, la materia oscura podría estar formada por pequeños agujeros negros que impregnan el universo.
La propuesta resulta difícil de entender al principio, porque la materia oscura ya dominaba el universo cuando los agujeros negros no podían existir.
La nueva teoría consiste en explicar cómo puede ser que la materia oscura, responsable de la formación de las grandes estructuras como la red cósmica o los cúmulos de galaxias, y que apareció antes de que se formaran las primeras galaxias, tiene alguna relación con los agujeros negros, que no figuran en el inventario de lo que existía en los primeros momentos del universo.
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Agujeros negros primordiales
La clave serían los hipotéticos agujeros negros primordiales, cuya existencia aún no ha sido probada.
Los autores de este estudio, publicado de momento solo en arXiv, Ke-Pan Xie y Kiyoharu Kawana, investigadores del Centro de Física Teórica de la Universidad de Seúl, en Corea del Sur, proponen una nueva visión de los primeros momentos del universo.
En esos primeros momentos, ocurrieron procesos cuánticos que hoy ya no ocurren porque el universo actual es muy diferente: originalmente era caliente y denso, hoy es más frío y menos denso, por lo que se expande cada vez más.
Lo que explican los autores de este estudio es que esos cambios en los procesos cuánticos no ocurrieron todos a la vez y que ese lapso de tiempo fue suficiente para se formara una gran cantidad de agujeros negros primordiales, que son los que dieron forma a la materia oscura que formó al universo.
Nuevas partículas
Sugieren, como hipótesis, que en medio de una transformación increíble que ocurrió cuando el universo tenía menos de un segundo de antigüedad, un nuevo tipo de partículas quedaron atrapadas, colapsando hasta convertirse en un punto tan pequeño que se transformaron en agujeros negros. Luego, esos agujeros negros inundaron el universo, proporcionando el peso necesario para explicar la materia oscura, explica el astrofísico Paul Sutter en la revista Space.
«Quizás lo que sea que estaba sucediendo en ese entonces generó billones de agujeros negros más pequeños. Esos agujeros negros podrían persistir hasta el día de hoy, resolviendo potencialmente el enigma de la materia oscura», señala Sutter.
La nueva teoría refuerza una idea de la que se viene hablando desde 1966, cuando los científicos rusos Yakov Borisovich Zel’dovich e Igor Dmitriyevich Novikov propusieron por primera vez la existencia de los así llamados agujeros negros primordiales.
Serían agujeros negros que se formaron poco después del Big Bang, cuando las altas densidades y otras condiciones cosmológicas llevaron a regiones suficientemente densas del universo primordial a sufrir un colapso gravitacional.
Sugerencia radical
De esta manera se formaron los agujeros negros primordiales, que no surgieron del colapso gravitatorio de una estrella, sino de la extrema densidad que tenía el Universo al inicio de su expansión.
Durante casi cinco décadas, los agujeros negros primordiales han sido candidatos para ser la materia oscura y la nueva teoría otorga un nuevo marco teórico que explica cómo pudo haber ocurrido.
Se trata de una sugerencia radical, considera Sutter, «pero cuando se trata de la física del universo temprano, y el misterio que rodea a la materia oscura, necesitamos algunas sugerencias radicales, junto con una buena dosis de observaciones, para avanzar», añade.
¿Comienzo y final?
El nuevo estudio también podría alimentar otra teoría sugerida por Roger Penrose en 2010, conocida como Cosmología Cíclica Conformada (CCC).
Según esta teoría, gran parte de la materia del universo en algún momento será arrastrada hacia agujeros negros supermasivos, que tienen una masa del orden de millones o decenas de miles de millones de masas solares.
Si ambas teorías resultaran ciertas, significaría que tanto el comienzo como el final del universo giraría en torno a los agujeros negros, enigmáticos objetos cosmológicos de los que desconocemos su papel en la evolución de las galaxias y del cosmos.
Referencia
Primordial black holes from a cosmic phase transition: The collapse of Fermi-balls. Kiyoharu Kawana, Ke-Pan Xie. arXiv:2106.00111 [astro-ph.CO].