Los investigadores creen haber identificado una pista que podría ayudarnos finalmente a resolver uno de los enigmas más persistentes de toda la astrofísica: en un estudio reciente explican que es cada vez más probable que los agujeros negros sean el origen de la energía oscura, de la que se sospecha de jugar un papel determinante en la expansión del universo.
En 1929, el ilustre astrónomo Edwin Hubble —el mismo que dio nombre al famoso telescopio— hizo un descubrimiento que revolucionaría la cosmología: fue el primero en demostrar que nuestro Universo se estaba expandiendo. Desde entonces, muchos investigadores han intentado calcular lo mejor que han podido la velocidad de esta expansión, también llamada observación de Hubble-Lemaître… y ahí es donde empiezan los problemas.
La expansión del Universo, un misterio persistente
Inicialmente, la física newtoniana tradicional sugirió que la expansión debería disminuir con el tiempo, frenada por las interacciones gravitacionales entre objetos extremadamente masivos como las galaxias. Pero la situación cambió en los años 1990 con la llegada de nuevos métodos que sacaron a la luz una situación mucho más matizada. Ahora sabemos que la expansión del Universo se está acelerando, en lugar de desacelerarse como se pensaba anteriormente. El problema es que los diferentes métodos de medición no pueden ponerse de acuerdo sobre el valor de esta aceleración. Todos producen resultados que parecen consistentes individualmente, pero que son fundamentalmente inconsistentes. Nos encontramos con una inconsistencia importante que hoy llamamos la Tensión de Hubble.
Para poner las cosas en perspectiva, varios astrofísicos eminentes han abordado el problema desde el otro extremo. En lugar de calcular la constante de Hubble a partir de observaciones, intentaron identificar la fuerza impulsora detrás de la expansión del universo. Para ello, introdujeron un concepto completamente nuevo: energía oscura. Este término designa una forma de energía aún desconocida, pero omnipresente en el cosmos. Según algunos modelos, representa hasta el 70% de la energía total del Universo. Y sobre todo, juega un papel determinante en su expansión. Su influencia sería tal que contrarrestaría la influencia de la gravedad, obligando a los distintos cuerpos celestes a alejarse cada vez más rápidamente.
Cuanto más tiempo pasa, más convincente se vuelve esta idea. De hecho, funciona tan bien que sus tres arquitectos principales, Saul Perlmutter, Adam Riess y Brian Schmidt, recibieron premios Nobel por esta revolucionaria contribución a la teoría. Pero todavía queda un vacío absolutamente enorme en este modelo: la naturaleza exacta de la energía oscura sigue siendo completamente desconocida. Nadie sabe exactamente de qué está hecho ni de dónde viene. Hasta el día de hoy permanece uno de los mayores misterios de toda la astrofísica e incluso de la ciencia en general.
Una extensión de la acoplamiento cosmológico »
Pero recientemente, otros astrónomos han comenzado a acercarse a una explicación convincente; según un reciente trabajo de investigación, Cada vez es más probable que esta energía oscura provenga directamente de los agujeros negros.
Este trabajo parte de una hipótesis central según la cual estos objetos podrían ser repercusiones directas de los mecanismos que permitieron al Universo despegar con el Big Bang.
Este tema surgió espectacularmente el año pasado, con la publicación de un estudio muy importante sobre el tema. Sus autores examinaron los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los centros de las galaxias llamadas “muertas”, es decir, que han agotado por completo las materias primas que supuestamente alimentan el crecimiento de sus estrellas y de su agujero negro. Por lo tanto, en teoría, estos últimos ya no deberían poder crecer; sin embargo, los autores observaron que continúan ganando masa.
Para explicar esta aparente inconsistencia, introdujeron un nuevo concepto: un « acoplamiento cosmológico “, mediante el cual las propiedades de los objetos se verían directamente afectadas por la expansión del universo (ver nuestro artículo).
Ésta es una noción bastante revolucionaria, porque se opone directamente a la idea de que parámetros como la masa son propiedades intrínsecas de los objetos; en cambio serían íntimamente ligado a la forma en que evoluciona el Universo a escala global. Los investigadores detrás de este nuevo estudio lo vieron como una oportunidad de extrapolar para avanzar en la búsqueda de la energía oscura.
« Si se pregunta: “¿En qué parte del universo vemos una gravedad tan fuerte como lo era al principio de su historia?” la respuesta está en el centro de los agujeros negros », afirma Gregory Tarlé, profesor de física de la Universidad de Michigan y coautor de este nuevo estudio. “ Es posible que lo que ocurrió durante la inflación inicial esté sucediendo al revés; La materia de una estrella masiva volvería a convertirse en energía oscura durante un colapso gravitacional, como un pequeño Big Bang a la inversa. »
Datos consistentes con la teoría.
Para intentar comprobarlo, los cinco equipos de investigación implicados en este proyecto se basaron en DESI (Instrumento espectroscópico de energía oscura). Se trata de un observatorio de última generación que, como su nombre indica, está íntegramente dedicado a la energía oscura. Utilizando un conjunto de más de 5.000 detectores, explora constantemente galaxias distantes para comprender mejor la forma en que se expande el universo y, por extensión, los mecanismos que permiten que la energía oscura ocupe su lugar.
El observatorio completó recientemente el primer ciclo de esta campaña científica. Y a pesar de su relativa juventud, ya ha demostrado ser increíblemente productivo. Permitió recopilar una montaña de datos que sacaron a la luz, en particular, una tendencia con graves implicaciones.
De hecho, sabemos desde hace años que los agujeros negros se vuelven cada vez más numerosos y masivos con el tiempo. Sin embargo, al mismo tiempo, las lecturas de DESI muestran claramente que la densidad de la energía oscura también está aumentando… pero no en cualquier caso; Resulta que el aumento de la energía oscura se corresponde sorprendentemente bien con el de los agujeros negros. De hecho, la conexión parece tan fuerte que estadísticamente hablando, probablemente esto no sea una coincidencia. Cuantos más datos se acumulan, más estrechamente parecen estar vinculados los dos parámetros.
« Los dos fenómenos son coherentes entre sí: a medida que se crearon nuevos agujeros negros tras la muerte de estrellas masivas, la cantidad de energía oscura en el universo aumentó en la cantidad adecuada dijo Duncan Farrah, profesor asociado de física en la Universidad de Washington-Hawái y coautor del estudio. “ El hecho de que los agujeros negros sean la fuente de energía oscura es cada vez más plausible. »
Una nueva era para la búsqueda de energía oscura
Cabe aclarar que si bien la consistencia de los datos es muy alentadora, por el momento es solo una hipótesis. Aún se necesitarán muchos datos y trabajo para lograr una confirmación rigurosa. Pero la buena noticia es que DESI parece estar en camino de proporcionarnos nuevas piezas de este gran rompecabezas. Aún no ha demostrado todo lo que es capaz de hacer y seguirá ganando impulso. Por lo tanto, es seguro que en los próximos cuatro años surgirán nuevos elementos cada vez más convincentes. Una perspectiva muy interesante para los investigadores implicados, porque marca el comienzo de una nueva era en la búsqueda de la energía oscura: la de la experimentación concreta.
« Esto sólo aportará más profundidad y claridad a nuestra comprensión de la energía oscura, independientemente de que siga apoyando o no la hipótesis del agujero negro. », se regocija Steve Ahlen, otro coautor del estudio. “ Creo que es un maravilloso esfuerzo experimental. Podemos tener ideas preconcebidas o no, pero nos guiamos por datos y observaciones. »
« Fundamentalmente, la cuestión de si los agujeros negros son energía oscura, junto con el universo que habitan, ya no es sólo una cuestión teórica. », concluye Tarlé. “ ¡Esta es una pregunta experimental! »
El texto del estudio está disponible aquí.
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