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miércoles 25 abril 2018
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Físicos rusos resuelven el enigma de los agujeros negros primordiales

Por Sputnik

La hipótesis más extendida afirma que los agujeros negros se forman tras la explosión de estrellas masivas. Sin embargo, la existencia de agujeros formados a edades tempranas del universo y las ondas gravitatorias descubiertas en 2016 ponen en tela de juicio esta teoría. Los científicos rusos de la MEPhI dan una respuesta a este misterio.

Hasta la fecha, los científicos han descubierto cerca de un millar de objetos en el Universo que han recibido el nombre de agujeros negros. Se trata de una región de espacio-tiempo cuya fuerza gravitatoria es tan inmensa que ni los objetos que se mueven a la velocidad de la luz, incluidos los propios fotones, pueden escapar de ella.

Lo cierto es que hoy día todas las pruebas de la existencia de los agujeros negros son indirectas, lo cual, desde el punto de vista de muchos científicos, no disminuye en absoluto su valor. Si se tomaran en consideración únicamente las pruebas directas, habríamos tenido que reconocer que el Sol gira alrededor de la Tierra, y no al revés. Se tiene claro desde hace tiempo ya que los agujeros negros pueden formarse tras la explosión de estrellas masivas. En la actualidad, los astrónomos han observado decenas de procesos semejantes en el espacio. Según suponen los científicos, prácticamente todas las galaxias (y se calculan en un centenar de miles de millones) tienen en su centro un enorme agujero negro con millones o miles de millones de veces la masa del Sol. Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia existe un agujero negro con una masa equivalente a varios millones de soles.

Pero los datos de las observaciones apuntan cada vez con más certeza a la existencia de los llamados agujeros negros primordiales, que se formaron tan temprano que es difícil explicar su aparición de modo convencional. Y es que para que se forme un agujero negro masivo hacen falta al menos 1.000 millones de años. 

El universo nació hace 13.800 millones de años, de ahí que el agujero negro más antiguo tenga que tener al menos 1.000 millones de años después del nacimiento del universo. Sin embargo, se han descubierto agujeros negros formados 700 millones de años después, que además son supermasivos, con 1.000 millones de veces la masa del Sol.

Además, a la existencia de un origen no estelar de los agujeros negros apuntan también las ondas gravitatorias descubiertas  en 2016. Se generaron tras la fusión de dos agujeros negros masivos, lo que quiere decir que estos objetos en algún momento se encontraban cerca uno del otro. La posibilidad de que estos agujeros negros masivos coexistan uno cerca del otro es mínima desde el punto de vista de la hipótesis de su origen estelar.Es decir, la existencia de los agujeros negros primordiales se debe explicar de alguna otra forma. El enfoque desarrollado en la Universidad Nacional rusa de Investigaciones Nucleares MEPhI, por el equipo científico del catedrático de Física de las Partículas Elementales, Serguéi Rubin, permite explicar la aparición de los agujeros negros primordiales sin descartar la existencia simultánea del origen estelar.

“Imaginemos que el universo contiene un campo hipotético. Si se introduce el concepto de campo, se suele hablar de su energía potencial. Es decir que si tenemos un campo, se sabe qué energía tiene. Si el campo cambia de valor, la energía también lo hace. Es decir que la energía potencial o el potencial depende del valor de este campo. Nadie conoce la fórmula de este potencial”, explicó Rubin. 

No obstante, el científico también mencionó de qué manera se puede resolver este dilema. “Pero si suponemos que tiene dos mínimos, podría resultar que debido a las fluctuaciones del universo joven en expansión en alguna región del espacio el campo salta a través de la ‘cima’ del máximo y desciende al mínimo”.

“Como es sabido, la energía tiende al mínimo si hay fricción. Es decir que el espacio en general tiende a un valor mínimo, mientras que en una pequeña región tiende a otro distinto. Y esta pequeña región posee una energía muy grande capaz de convertirse en un agujero negro”, continúo.A diferencia de muchos otros modelos de la formación de los agujeros negros primordiales, el escenario propuesto por los físicos de la Universidad MEPhI con Serguéi Rubin al frente supone que esos se forman por cúmulos. Los cálculos muestran que si en una región del espacio existe la posibilidad de que se atraviese el máximo, esta posibilidad también es bastante alta en las regiones vecinas. En estos momentos los científicos trabajan en distintas hipótesis de la evolución de los cúmulos de agujeros negros primordiales tras su surgimiento.

“Lo más curioso es lo que ocurre con estos cúmulos después. Está claro que la región que ha atravesado el máximo será la primera en tener la mayor masa. No sabemos a ciencia cierta el valor que tendrá esta masa ni cómo se distribuirán exactamente los agujeros negros en función de sus masas. Tanto esto como la dinámica posterior dependen de los parámetros del modelo y las condiciones iniciales”, sostuvo el científico.

Rubin explicó que “una vez formados, los agujeros negros primordiales empiezan a interactuar entre ellos, colisionar y fusionarse. Además, los agujeros negros que estaban en la periferia quedan atrapados por la expansión general del espacio y abandonan el cúmulo para siempre. Es decir que los cúmulos empiezan a tener vida propia y a cocerse en la ‘sopa’ del Universo temprano. Resumiendo, esta dinámica tiene un carácter complejo y ahora estamos creando un código que permita analizar todas esas transformaciones”. 

Desafortunadamente, es imposible por ahora comprobar esta teoría con ayuda de un experimento en el acelerador, ya que no se puede obtener en un laboratorio la cantidad de energía necesaria para formar un agujero negro. No obstante, los nuevos datos que aporten las obeservaciones de los agujeros negros tempranos ayudarán en un futuro a resolver las incógnitas de su origen.

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