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Las ondas gravitatorias podría haberlas producido la materia oscura

Un equipo de astrofísicos sostiene que los agujeros negros que las generaron pueden ser de tipo primordial


Un grupo de astrofísicos de EE.UU. sostiene que los agujeros negros cuya colisión provocó las ondas gravitatorias detectadas por LIGO podrían corresponder a agujeros negros primordiales, formados por materia oscura. Sin embargo, hacen falta más ejemplos para corroborar esa hipótesis.





Dos agujeros negros momentos antes de colisionar. Fuente: Max Planck Institute for Gravitational Physics.
Dos agujeros negros momentos antes de colisionar. Fuente: Max Planck Institute for Gravitational Physics.
Un equipo de astrofísicos de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.) se han preguntado si el experimento que descubrió las ondas gravitatorias hace unos meses -ayer se anunció un nuevo evento de ese tipo- encontró la materia oscura que compone la mayor parte de la masa del universo.

Los ocho científicos del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Johns Hopkins ya habían comenzado a hacer cálculos cuando el descubrimiento realizado por el Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) fue anunciado en febrero. Sus resultados, publicados en la revista Physical Review Letters, son una hipótesis para solucionar un misterio perdurable de la astrofísica.

"Consideramos la posibilidad de que el agujero negro binario detectado por LIGO puede ser una huella de la materia oscura", escriben los científicos en su resumen, que se refieren a la pareja de agujeros negros como "binario".

Lo que sigue son cinco páginas de ecuaciones matemáticas con anotaciones que muestran cómo los investigadores tuvieron en cuenta la masa de los dos objetos detectados por LIGO como un punto de partida, lo que sugiere que estos objetos podrían ser parte de la misteriosa sustancia que forma aproximadamente el 85 por ciento de la masa del universo.

Tema de especulación científica desde la década de 1930, la materia oscura ha sido estudiada recientemente con mayor precisión; han surgido nuevas evidencias desde la década de 1970, aunque siempre de forma indirecta. Aunque la propia materia oscura propiamente dicha aún no puede ser detectada, sus efectos gravitatorios sí. Por ejemplo, se cree que la materia oscura explica las inconsistencias en la rotación de la materia visible de las galaxias.

El equipo de Johns Hopkins, dirigido por el estudiante postdoctoral Simeon Bird, quedó impactado por la masa de los agujeros negros detectados por LIGO, un observatorio que consiste en dos sistemas de detección, uno de ellos en Louisiana y el otro en el Estado de Washington (noroeste de EE.UU.).

La masa de los agujeros negros se mide en términos de múltiplos de nuestro sol. Los objetos que chocaron y generaron una onda gravitatoria detectada por LIGO -un proyecto conjunto del Instituto de Tecnología de California y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, MIT- tenían 36 y 29 masas solares. Demasiado grandes para encajar en las predicciones de tamaño de la mayoría de los agujeros negros estelares, las estructuras ultra-densas que se forman cuando las estrellas colapsan. Pero también demasiado pequeños como para caber en las predicciones de tamaño de los agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias.

Primordiales

Los dos objetos detectados por LIGO, sin embargo, se ajustan al rango esperado de la masa de los agujeros negros primordiales.

Los agujeros negros primordiales se cree que se formaron no de estrellas sino del colapso de grandes extensiones de gas durante el nacimiento del universo. Aunque su existencia no se ha establecido con certeza, se ha sugerido que los agujeros negros primordiales son una posible solución al misterio de la materia oscura. Dado que hay poca evidencia de ellos, sin embargo, la hipótesis agujeros negros primordiales-materia oscura no tiene un gran número de seguidores entre los científicos.

Los hallazgos de LIGO, sin embargo, plantean la posibilidad de nuevo, sobre todo porque los objetos detectados en ese experimento se ajustan a la masa predicha para la materia oscura. Las predicciones hechas por los científicos en el pasado sostienen que las condiciones del nacimiento del universo producirían una gran cantidad de estos agujeros negros primordiales distribuidos más o menos uniformemente en el universo, agrupándose en halos alrededor de las galaxias. Todo esto los haría buenos candidatos para ser materia oscura.

El equipo de Johns Hopkins calculó la frecuencia con que estos agujeros negros primordiales formarían pares binarios, y acabaran colisionando. Teniendo en cuenta el tamaño y la forma alargada que se cree que caracteriza las órbitas binarias de los agujero negro primordiales, el equipo obtuvo una tasa de colisiones que se ajusta a los resultados de LIGO.

"No estamos proponiendo que sean materia oscura", dice uno de los autores, el profesor Marc Kamionkowski, en la nota de prensa de la universidad. "No vamos a apostar la casa. Es un argumento plausible".

Se necesitarán más observaciones de LIGO y otras evidencias para apoyar esta hipótesis, incluidas nuevas detecciones como la anunciada en febrero (o la de ayer). Eso podría sugerir una mayor abundancia de objetos con esa huella de masa.

"Si se tiene una gran cantidad de eventos de masa 30, hará falta una explicación", dice el co-autor Ely D. Kovetz, estudiante postdoctoral. "Que el descubrimiento de las ondas gravitatorias se puede conectar a la materia oscura" está creando mucho entusiasmo entre los astrofísicos", dice. "Tiene un gran potencial", añae Kamionkowski.

Referencia bibliográfica:

Simeon Bird, Ilias Cholis, Julian B. Muñoz, Yacine Ali-Haïmoud, Marc Kamionkowski, Ely D. Kovetz, Alvise Raccanelli, Adam G. Riess: Did LIGO Detect Dark Matter? Physical Review Letters. Physical Review Letters (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.201301.


Jueves, 16 de Junio 2016
Universidad Johns Hopkins/T21
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