El nuevo estudio que hace tambalear nuestra explicación del origen del universo

Un nuevo estudio pone en duda la existencia de los teóricos agujeros negros primordiales, desafiando las teorías más aceptadas sobre la composición de la materia oscura y la formación del universo.

La corriente predominante de la astrofísica cree que los agujeros negros primordiales (PBH o ‘primordial black hole’) son agujeros negros que se formaron justo después del Big Bang, emergiendo durante el rápido colapso de vastas y densas regiones de gas caliente. Una gran parte de los astrofísicos creen que estos pequeños e increíblemente compactos pozos del espacio-tiempo son una posible explicación de la materia oscura, una sustancia invisible que añade una masa significativa al universo para explicar el comportamiento de la materia que sí vemos. Sin esta materia teórica, nada tiene sentido para esta facción de astrofísicos.

Pero, a pesar de su importancia en la teoría, lo cierto es que nunca hemos observado agujeros negros primordiales directamente. Ahora, un nuevo estudio publicado en la revista Physical Review Letters, afirma que la corriente imperante está equivocada. Investigadores de la Universidad de Tokio dirigidos por el estudiante de posgrado Jason Kristiano, proponen que el universo puede haber evolucionado con muchos menos PBH de lo que se estimaba anteriormente.

Qué es lo que pensamos que es la realidad

Según los comentarios de Kristiano, «muchos investigadores piensan que [los agujeros negros primordiales] son un fuerte candidato para la materia oscura, pero tendría que haber muchos de ellos para satisfacer esa teoría. Kristiano afirma que los PBH también son interesantes por otras razones, ya que desde la reciente innovación de la astronomía de ondas gravitacionales, ha habido descubrimientos de fusiones de agujeros negros binarios, que se pueden explicar si los PBH existen en gran número. Lo único malo que tienen todas estas teorías es que, según él, a pesar de que existan poderosas razones que justifican una abundancia de PBH por todas partes, todavía no hemos visto ninguno directamente. “Ahora tenemos un modelo que explica por qué [la realidad] es así”, apunta Kristiano.

Pensamos que el universo comenzó hace 13.800 millones de años con el Big Bang. Inicialmente, el universo era un plasma opaco donde la luz no podía viajar libremente. La oscuridad era completa. Después de 380.000 años, el plasma inicial se enfrió en materia neutra, liberando el fondo cósmico de microondas (CMB), la primera luz del universo.

El universo se expandió debido a la energía oscura y, a medida que se expandía, la materia ordinaria —que sí interactúa con la luz— teóricamente se agrupaba alrededor de la materia oscura para formar las primeras galaxias, creando una red cósmica. Las estimaciones actuales sugieren que el universo consiste en alrededor de un 5% de materia ordinaria, un 25% de materia oscura y un 70% de energía oscura. Sin embargo, todavía no hemos encontrado pruebas de lo segundo o lo tercero.

Aún así, los cosmólogos han estado buscando agujeros negros primordiales analizando esta luz temprana del CMB. Pero, y he aquí el gran misterio, no se ha encontrado absolutamente ninguno. Estadísticamente esto no tiene sentido alguno y algunos físicos creen que la dificultad para detectar PBH podría deberse a las limitaciones de la tecnología actual.

Qué es lo que el estudio afirma

El nuevo estudio utilizó una forma avanzada de mecánica cuántica conocida como teoría cuántica de campos para abordar el problema de manera diferente, sin imaginar un gran número de PBHs todavía no detectados porque no tenemos los instrumentos necesarios. Los investigadores de la Universidad de Tokio llegaron a la conclusión de que el colapso de las ondas gravitacionales cortas pero fuertes, que se cree que crean los PBH, podría haber sido menos frecuente de lo estimado anteriormente.

«Se cree ampliamente que el colapso de las longitudes de onda cortas pero fuertes en el universo temprano es lo que crea agujeros negros primordiales», apunta Kristiano. Pero el estudio indica que debería haber muchos menos PBH de los que se habrían necesitado si de hecho son un candidato para ser la materia oscura o parte de los eventos de ondas gravitacionales.

Para confirmar su estudio, los investigadores planean utilizar futuros detectores de ondas gravitacionales más sensibles, como el proyecto de Antena Espacial del Interferómetro Láser (LISA), programado para su lanzamiento en 2035. Estas herramientas avanzadas podrían proporcionar los datos necesarios para verificar el nuevo modelo.

Entonces veremos quién tiene razón. Si la escasez de agujeros negros primordiales es cierta, será crucial para avanzar en nuestro conocimiento de la materia oscura y las fuerzas fundamentales que dan forma al universo. Por ahora, por lo menos tenemos una vía que aborda la falta de pruebas para justificar nuestras teorías y abre nuevas vías para explorar el universo primitivo y la naturaleza de la materia oscura.

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