Científicos sugieren una revisión al origen de la materia oscura

Los investigadores de la UGR José Calderón-Infante y Jorge Jiménez Vicente,
que participan en este trabajo.

La naturaleza de la materia oscura, que constituye el 85% de la masa total del Universo, sigue siendo uno de los grandes misterios sin resolver de la ciencia actual. La falta de evidencias experimentales que permitan identificarla con alguna de las nuevas partículas elementales predichas teóricamente, junto al reciente descubrimiento de ondas gravitacionales procedentes de dos agujeros negros (de masas unas 30 veces la del Sol) por el observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), han renovado el interés por la posibilidad de que la materia oscura esté formada por agujeros negros primordiales de entre 10 y 1000 veces la masa del Sol.

Los agujeros negros primordiales, que se habrían originado en fluctuaciones de alta densidad de la materia durante los momentos iniciales del Universo, son muy interesantes. A diferencia de los que se forman a partir de estrellas, cuya abundancia y masa están limitadas por los modelos de formación y evolución estelar, los agujeros negros primordiales podrían existir en un amplio rango de masas y abundancias. Estos objetos habitarían en los halos de las galaxias y el encuentro y fusión ocasional de dos de ellos, con masas de unas 30 veces la del Sol, habría dado lugar a las ondas gravitacionales detectadas por LIGO.

“Efecto microlente”

Si existiera una cantidad apreciable de agujeros negros en los halos de las galaxias, alguno de ellos podría interponerse entre la trayectoria de la luz de un cuásar distante y la Tierra. Por su gran masa, la gravedad concentraría los rayos de luz y provocaría un aumento en el brillo del cuásar. Este efecto, conocido como “efecto microlente”, crece con la masa del agujero negro y su probabilidad aumenta según la abundancia de los mismos. Es decir, aunque no pudieran verse los agujeros negros, serían detectados por el aumento del brillo de los cuásares.

Reproducción de un agujero negro. 

Bajo esta premisa, un equipo de científicos, en el que se encuentran dos investigadores de la Universidad de Granada (UGR), ha utilizado el efecto microlente en cuásares para estimar la cantidad de agujeros negros primordiales de masa intermedia que hay en las galaxias.

En la investigación han participado el profesor del departamento de Física Teórica y del Cosmos de la UGR Jorge Jiménez Vicente, y un estudiante de Grado en Física, José Calderón-Infante, gracias a una beca de iniciación a la investigación del Plan Propio de la UGR.

El estudio, liderado por el investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL) Evencio Mediavilla Gradolph, indica que las estrellas normales como el Sol son, muy probablemente, las responsables del efecto microlente, descartando la existencia de una gran población de agujeros negros primordiales de masa intermedia.

Simulaciones por ordenador

Mediante simulaciones por ordenador, los científicos han comparado el aumento del brillo en luz visible y rayos X de 24 cuásares lejanos con el predicho por el efecto microlente. Así, han determinado que la intensidad del mismo es relativamente baja, la esperada para objetos con una masa de entre 0,05 y 0,45 veces la de estrellas como el Sol, y muy por debajo de la de los agujeros negros de masa intermedia.

Los investigadores han utilizado el efecto microlente en cuásares para estimar la cantidad de agujeros negros primordiales de masa intermedia que hay en las galaxias.

Además, han estimado que las microlentes constituyen aproximadamente el 20% de la masa total de la galaxia, equivalente a la materia estelar esperada. Por lo tanto, los resultados muestran que, con mucha probabilidad, las estrellas normales, y no los agujeros negros primordiales de masa intermedia, son las responsables del efecto microlente observado.

“Este estudio implica –señalan los investigadores- que es muy poco probable que los agujeros negros de masa entre 10 y 200 veces la masa solar constituyan una parte significativa de la materia oscura”. Por tanto, los agujeros negros cuya fusión fue detectada por LIGO tienen, probablemente, su origen en el colapso de estrellas y no en agujeros negros de origen primordial.

En la investigación han intervenido también astrónomos de la Universidad de Valencia (José A. Muñoz Lozano y Héctor Vives-Arias).

Referencia bibliográfica:

“Limits on the Mass and Abundance of Primordial Black Holes from Quasar Gravitational Microlensing”, por E. Mediavilla et al. Publicado en The Astrophysical Journal Letters. Referencia: E. Mediavilla et al 2017 ApJL 836 L18. doi:10.3847/2041-8213/aa5dab