Artículo publicado el 15 de junio de 2016 en la Universidad Johns Hopkins
Científicos de la Universidad Johns Hopkins ofrecen una hipótesis para resolver un viejo misterio de la física.
Cuando un observatorio astronómico en los Estados Unidos detectó este invierno el susurro de dos agujeros negros que colisionaron en el espacio profundo, los científicos celebraron el exitoso esfuerzo por confirmar la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitatorias. Un equipo de astrofísicos de la Universidad Johns Hopkins se preguntaron sobre otra cosa: ¿había encontrado el experimento la "materia oscura" que forma la mayor parte de la masa del universo?
Ondas gravitatorias
Los ocho científicos del Departamento de Física y Astronomía Henry A. Rowland de la Universidad John Hopkins ya habían empezado a hacer cálculos cuando se anunció el descubrimiento de LIGO el pasado febrero. Sus resultados, publicados recientemente en la revista Physical Review Letters, proponen una hipótesis que sugiere una solución para un viejo misterio de la astrofísica.
"Consideramos la posibilidad de que el agujero negro binario detectado por LIGO pudiera ser la señal de la materia oscura", escriben los científicos en su resumen, refiriéndose al par de agujeros negros como "binario". Lo siguiente son cinco páginas de ecuaciones matemáticas que demuestran cómo consideraron los investigadores la masa de los dos objetos detectados por LIGO como punto de salida, sugiriendo que estos objetos podrían ser parte de la misteriosa sustancia que forma, aproximadamente, el 85 por ciento de la masa del universo.
Objeto de especulación científica desde la década de 1930, la materia oscura recientemente se ha estudiado con mayor precisión; han surgido más pruebas desde la década de 1970, aunque siempre indirectas. Aunque la materia oscura no puede detectarse en sí misma, sus efectos gravitatorios sí. Por ejemplo, la materia oscura se cree que explica las inconsistencias en la rotación de la materia visible de las galaxias.
El equipo de Johns Hopkins, dirigido por el becario de posdoctorado Simeon Bird, estaba intrigado por la masa de los agujeros negros detectados por LIGO, un observatorio que consta de dos grandes sistemas de detección en forma de L anclados al suelo. Uno está en Louisiana y el otro en el estado de Washington.
Las masas de los agujeros negros se miden en términos de múltiplos del Sol. Los objetos que colisionaron y que generaron unas ondas gravitatorias detectadas por LIGO – un proyecto conjunto de Caltech y el MIT — tenían 36 y 29 masas solares. Son unas masas demasiado grandes como para encajar en las predicciones del tamaño de la mayor parte de agujeros negros de masa estelar, las estructuras ultradensas que se forman cuando colapsa una estrella. Pero también son demasiado pequeños para encajar en las predicciones de los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias.
Los dos objetos detectados por LIGO, sin embargo, encajan con el rango de masa esperado para los agujeros negros "primordiales".
Los agujeros negros primordiales se cree que se han formado a partir del colapso de grandes cantidades de gas durante el inicio del universo, no a partir de estrellas. Aunque su existencia no se ha establecido con certeza, se ha sugerido en el pasado que los agujeros negros primordiales podrían ser una solución al misterio de la materia oscura. Debido a que hay pocas pruebas de ellos, sin embargo, la hipótesis de los agujeros negros primordiales como materia oscura no ha logrado un gran seguimiento entre los científicos.
Los hallazgos de LIGO, sin embargo, mejoran las perspectivas, especialmente dado que los objetos detectados en el experimento encajan con la masa predicha para la materia oscura. Las predicciones realizadas por los científicos en el pasado establecieron que las condiciones en el nacimiento del universo produciría una gran cantidad de estos agujeros negros primordiales, distribuidos aproximadamente de forma homogénea por el universo, agrupándose en halos alrededor de las galaxias. Todo esto haría de ellos unos buenos candidatos a materia oscura.
El equipo de Johns Hopkins calculó la tasa a la que estos agujeros negros primordiales formarían pares, y finalmente colisionarían. Teniendo en cuenta el tamaño y la forma alargada que se cree que caracteriza a las órbitas de los agujeros negros primordiales binarios, el equipo llegó a una tasa de colisión que es coherente con los hallazgos de LIGO.
"No estamos proponiendo que esto sea la materia oscura", dice uno de los autores, Marc Kamionkowski, Catedrático William R. Kenan, Jr. en el Departamento de Física y Astronomía. "No apostaría mi casa. Es un argumento de plausibilidad".
Se necesitarán más observaciones de LIGO y otras pruebas para apoyar esta hipótesis, incluyendo más detecciones como la anunciada en febrero. Esto podría sugerir una mayor abundancia de objetos de esta masa.
"Si tienes una gran cantidad de eventos de masa alrededor de 30 soles, eso requiere una explicación", dice el coautor Ely D. Kovetz, becario de posdoctorado en física y astronomía. "Que el descubrimiento de las ondas pudiese estar vinculado con la materia oscura" es algo que está creando un gran entusiasmo entre los astrofísicos, dice.
"Tiene mucho potencial", apunta Kamionkowski.
