La materia oscura no es de agujeros negros, como pensó Stephen Hawking

03/04/2019

Físicos han descartado la posibilidad de que agujeros negros primordiales más pequeños que una décima de milímetro constituyan la mayor parte de la materia oscura.

Los detalles de su estudio, que someten a su prueba más rigurosa a una teoría especulada por el difunto Stephen Hawking, han sido publicados en 'Nature Astronomy' de esta semana.

Los científicos saben que el 85 por ciento de la materia en el Universo se compone de materia oscura. Su fuerza gravitacional evita que las estrellas en nuestra Vía Láctea se separen. Sin embargo, los intentos de detectar tales partículas de materia oscura mediante experimentos subterráneos, o experimentos con aceleradores, incluido el acelerador más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, han fracasado hasta el momento.

Esto ha llevado a los científicos a considerar la teoría de la existencia de los agujeros negros primordiales de Hawking en 1974, nacidos poco después del Big Bang, y su especulación de que podrían constituir una gran parte de la elusiva materia oscura que los científicos intentan descubrir hoy.

Un equipo internacional de investigadores, dirigido por el Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo, el Investigador Principal Masahiro Takada, el estudiante candidato a doctorado Hiroko Niikura, el Profesor Naoki Yasuda, e incluyendo investigadores de Japón, India y los Estados Unidos, han utilizado el efecto de lente gravitacional para buscar agujeros negros primordiales entre la Tierra y la galaxia de Andrómeda.

La lente gravitacional, un efecto sugerido por primera vez por Albert Einstein, se manifiesta como la flexión de los rayos de luz provenientes de un objeto distante, como una estrella, debido al efecto gravitatorio de un objeto masivo intermedio, como un agujero negro primordial. En casos extremos, tal curvatura ligera hace que la estrella de fondo aparezca mucho más brillante de lo que originalmente es.

Sin embargo, los efectos de lentes gravitacionales son eventos muy raros porque requieren una estrella en la galaxia de Andrómeda, un agujero negro primordial que actúa como lente gravitacional y un observador en la Tierra para estar exactamente en línea unos con otros.

Así que para maximizar las posibilidades de capturar un evento, los investigadores utilizaron la cámara digital Hyper Suprime-Cam en el telescopio Subaru en Hawai, que puede capturar toda la imagen de la galaxia de Andrómeda de una sola vez. Teniendo en cuenta la rapidez con la que se espera que los agujeros negros primordiales se muevan en el espacio interestelar, el equipo tomó varias imágenes para poder captar el parpadeo de una estrella mientras se ilumina durante un período de unos minutos a horas debido a la lente gravitacional.

A partir de 190 imágenes consecutivas de la galaxia de Andrómeda tomadas durante siete horas durante una noche despejada, el equipo revisó los datos en busca de posibles eventos de lentes gravitacionales. Si la materia oscura consiste en agujeros negros primordiales de una masa dada, en este caso masas más ligeras que la luna, los investigadores esperaban encontrar unos 1.000 eventos. Pero tras cuidadosos análisis, solo pudieron identificar un caso. Los resultados del equipo mostraron que los agujeros negros primordiales no pueden aportar más del 0,1% de toda la masa de materia oscura. Por lo tanto, es poco probable que la teoría sea cierta.

Los investigadores ahora planean desarrollar más su análisis de la galaxia de Andrómeda. Una nueva teoría que investigarán es descubrir si los agujeros negros binarios descubiertos por el detector de ondas gravitacionales LIGO son en realidad agujeros negros primordiales.