En los primeros instantes del universo, hace casi 14 mil millones de años, ocurrió un fenómeno tan fascinante como misterioso. En el mismo momento en que sucedió el Big Bang, una fuerza desconocida provocó una rápida expansión exponencial del universo en su etapa inicial. Este evento, conocido como la inflación cósmica, permitió la creación de toda la materia que hoy existe y sentó las bases para lo que hoy conocemos como el universo observable.

Esta antigua fuerza guarda similitudes sorprendentes con la energía oscura que hoy domina el cosmos, según apunta la teoría inflacionaria del universo. La energía oscura, la cual constituye aproximadamente el 70% del universo, representa uno de los mayores enigmas científicos, ya que aún no se comprende completamente qué es ni cómo funciona.

Un equipo de investigadores, dirigido por el profesor Gregory Tarlé de la Universidad de Míchigan y el investigador Kevin Croker de la Universidad Estatal de Arizona, ha propuesto una teoría revolucionaria en un artículo reciente publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. En su estudio, sostienen que la energía oscura podría tener una relación directa con los agujeros negros, particularmente en el contexto de su formación y desarrollo.

Según Tarlé, el proceso de inflación que ocurrió en el inicio del universo podría repetirse a pequeña escala en el interior de los agujeros negros. Esto significa que, cuando una estrella masiva colapsa y se convierte en un agujero negro, la materia se transforma nuevamente en energía oscura, en un proceso inverso al Big Bang, como un “mini Big Bang” al revés.

El artículo detalla que si los agujeros negros contienen energía oscura en su interior, podrían estar acoplados a la expansión del universo, lo cual aceleraría su crecimiento de manera constante. Aunque este equipo de científicos aún no logra detallar el mecanismo exacto que permitiría este fenómeno, la evidencia observada apunta a que, en efecto, algo similar parece estar ocurriendo.

Agujeros negros energía oscura
Imagen NIRCam del JWST del protocúmulo de formación estelar PHz G191.24+62.04, hace 11.000 millones de años, cuando el universo se acercaba al pico de formación estelar. Estas primeras galaxias se encuentran entre las galaxias de formación estelar más activas observadas hace entre 10.500 y 11.500 millones de años. Por tanto, cada galaxia que se ve en esta imagen está produciendo muchos agujeros negros, que están convirtiendo la materia en energía oscura según la hipótesis de los agujeros negros acoplados cosmológicamente. Esta imagen muestra los dos «módulos» de JWST NIRCam: el módulo situado más a la izquierda contiene el protocúmulo, y el módulo situado más a la derecha es un campo en blanco adyacente. Cada módulo ve miles de galaxias. Crédito: Maria Polletta (INAF), Hervé Dole (Paris), Brenda Frye (UofA), Jordan C. J. D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU) / NASA, ESA, CSA

Los investigadores analizaron datos obtenidos mediante el Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura (DESI, por sus siglas en inglés), el cual consiste en 5.000 ojos robóticos instalados en el telescopio Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak. Estos “ojos” tienen la capacidad de observar miles de millones de años en el pasado, permitiendo a los astrónomos recopilar datos sobre la tasa de expansión del universo con una precisión impresionante.

Durante el primer año de una investigación de cinco años, los datos recolectados por DESI han mostrado indicios fascinantes de que la densidad de la energía oscura ha aumentado con el tiempo. Este fenómeno, argumentan los científicos, ofrece una pista crucial que respalda la hipótesis de que la energía oscura podría estar vinculada a los agujeros negros. Dicho aumento en la densidad de energía oscura coincide con el crecimiento y aumento en la masa de los agujeros negros, especialmente a lo largo del tiempo.

Para algunos de los científicos involucrados en el estudio, esta nueva teoría despertó inicialmente escepticismo. Tal es el caso del profesor emérito Steve Ahlen, de la Universidad de Boston, quien admite haber abordado la investigación con una mente abierta pero dudosa. Sin embargo, al realizar los cálculos cosmológicos, Ahlen llegó a la conclusión de que la hipótesis planteada era un mecanismo interesante para explicar la creación de la energía oscura.

El equipo utilizó los datos de millones de galaxias lejanas, analizando el ritmo de creación de nuevos agujeros negros a lo largo de la historia del universo y comparándolo con el comportamiento de la energía oscura. Para Duncan Farrah, profesor asociado de física en la Universidad de Hawái, esta relación observada entre los agujeros negros y la energía oscura hace que sea cada vez más plausible la idea de que los agujeros negros podrían ser la fuente de la energía oscura.

Estudios previos ya habían explorado la relación entre la energía oscura y los agujeros negros, especialmente en agujeros negros supermasivos situados en el centro de galaxias. Sin embargo, la novedad en este artículo radica en que se examinaron agujeros negros más jóvenes, nacidos en una época en la que la formación de estrellas, y por ende de agujeros negros, estaba en plena actividad.

El estudio representa un cambio de paradigma en la forma en que los científicos abordan el enigma de la energía oscura. Como señala el profesor Tarlé, la relación entre los agujeros negros y la energía oscura ha dejado de ser una pregunta meramente teórica para convertirse en un interrogante experimental. La puesta en marcha de DESI ha abierto nuevas oportunidades para observar y analizar este fenómeno. Los próximos años podrían aportar observaciones cruciales que esclarezcan si los agujeros negros realmente tienen un rol en la creación y expansión de la energía oscura.


FUENTES

University of Michigan

Kevin S. Croker, Gregory Tarlé, et al., DESI dark energy time evolution is recovered by cosmologically coupled black holes. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 10(2024)094, DOI 10.1088/1475-7516/2024/10/094


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