Evidencia de Big Bang a la inversa en agujeros negros

Datos recientes refuerzan la hipótesis de que la materia de una estrella masiva vuelva a convertirse en energía oscura durante el colapso gravitacional, como un pequeño Big Bang a la inversa.

Es la conclusión de un nuevo estudio publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, que utilizó observaciones del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), formado por 5.000 ojos robóticos montados en el telescopio Mayall en el Observatorio Kitt Peak de EEUU.

Hace casi 14 mil millones de años, al comienzo del Big Bang, una energía misteriosa impulsó una expansión exponencial del universo infantil y produjo toda la materia conocida, según la teoría inflacionaria del universo predominante.

Esa energía antigua compartía características clave de la energía oscura del universo actual, que es el mayor misterio de nuestro tiempo según al menos un estándar objetivo: constituye la mayoría (aproximadamente el 70 %) del universo, pero los científicos no saben exactamente qué es.

"Si los agujeros negros contienen energía oscura, pueden acoplarse y crecer con el universo en expansión, haciendo que su crecimiento se acelere", dijo en un comunicado Kevin Croker, autor principal del nuevo estudio del equipo y científico investigador asistente en la Universidad Estatal de Arizona. "No podemos obtener los detalles de cómo está sucediendo esto, pero podemos ver evidencia de que está sucediendo".

Los datos del primer año del estudio de cinco años planificado por DESI muestran evidencia tentadora de que la densidad de la energía oscura aumentó con el tiempo. Esto proporciona una pista convincente que apoya esta idea de qué es la energía oscura, dijeron los investigadores, porque ese aumento en el tiempo concuerda con cómo la cantidad y la masa de los agujeros negros aumentaron con el tiempo.

Para buscar evidencia de energía oscura de los agujeros negros, el equipo utilizó decenas de millones de galaxias distantes medidas por DESI. El instrumento mira miles de millones de años hacia el pasado y recopila datos que pueden usarse para determinar qué tan rápido se está expandiendo el universo con una precisión exquisita. A su vez, estos datos pueden usarse para inferir cómo cambia la cantidad de energía oscura en el tiempo.

El equipo comparó estos datos con la cantidad de agujeros negros que se estaban formando en las muertes de grandes estrellas a lo largo de la historia del universo.

"Ambos fenómenos eran coherentes entre sí: a medida que se formaban nuevos agujeros negros tras la muerte de estrellas masivas, la cantidad de energía oscura en el universo aumentaba de la manera correcta", dijo Duncan Farrah, profesor asociado de física en la Universidad de Hawái y coautor del estudio. "Esto hace que sea más plausible que los agujeros negros sean la fuente de energía oscura".

Esta investigación complementa un creciente cuerpo de literatura que estudia la posibilidad de acoplamiento cosmológico en los agujeros negros. Un estudio de 2023, en el que participaron muchos de los autores de este artículo, informó sobre el acoplamiento cosmológico en agujeros negros supermasivos dentro de los centros galácticos. Ese informe de 2023 animó a otros equipos a buscar el efecto en los agujeros negros en todos los diferentes lugares en los que se pueden encontrar en el universo.

"Esos artículos investigan el vínculo entre la energía oscura y los agujeros negros por su tasa de crecimiento. Nuestro nuevo artículo vincula los agujeros negros con la energía oscura por el momento en que nacen", dijo Brian Cartwright, astrofísico, coautor y ex asesor general de la Comisión de Bolsa y Valores de Estados Unidos.

Una diferencia clave en el nuevo artículo es que la mayoría de los agujeros negros relevantes son más jóvenes que los examinados previamente. Estos agujeros negros nacieron en una época en la que la formación de estrellas, que rastrea la formación de agujeros negros, estaba en marcha, en lugar de estar recién comenzando.

"Esto ocurre mucho más tarde en el universo y está informado por mediciones recientes de la producción y el crecimiento de agujeros negros observadas con los telescopios espaciales Hubble y Webb", dijo el coautor Rogier Windhorst, un científico interdisciplinario del JWST y profesor de exploración de la Tierra y el espacio en la Universidad Estatal de Arizona.

"La siguiente pregunta es dónde están estos agujeros negros y cómo se han estado moviendo durante los últimos 8.000 millones de años. Los científicos están trabajando para limitar esto en este momento", dijo Croker.