Los agujeros negros podrían estar produciendo energía oscura, resolviendo potencialmente el misterio cosmológico

El universo está experimentando una expansión acelerada. A la fuente de esta expansión la llamamos energía oscura, una forma misteriosa de energía que impregna todo el universo separando el espacio-tiempo. No sabemos qué es la energía oscura, pero su existencia permite a los astrónomos explicar muchas características del universo. Una nueva hipótesis sugiere una fuente bastante peculiar de esta energía: los agujeros negros.

La idea es que los agujeros negros están “acoplados cosmológicamente”; esto significa que a medida que el universo se expande, se hacen más grandes. Pero también podría significar lo contrario: a medida que crecen, el universo se expande. La energía oscura es simplemente una sustancia, una forma de energía, que se produce cuando se forma un agujero negro. Cuando un agujero negro devora una estrella o plasma interestelar, produce más energía oscura. La idea no es nueva; en realidad surgió de la física de los agujeros negros en la década de 1960, mucho antes de que tuviéramos alguna idea de que el universo estaba experimentando una expansión acelerada.

Definitivamente esto es como algo fronterizo. No sabemos todo sobre lo que está pasando aquí. Básicamente sólo conocemos el boceto.

Dr. Kevin Croker

El equipo utilizó datos del Instrumento Espectroscópico de Energía Oscura, que nos permite estimar el tamaño del universo en diferentes momentos. Los investigadores combinaron estos datos con la tasa de formación de estrellas conocida en el cosmos en ese momento y luego compararon los dos.

“Simplemente ingresamos esa información sobre la formación de estrellas en este escenario y preguntamos: bueno, ¿qué tamaño tiene el universo según este escenario? Si la producción de agujeros negros es en realidad producción de energía oscura y esa producción de agujeros negros es rastreada por la tasa de formación de estrellas, entonces ¿a qué velocidad está creciendo el universo? El Dr. Kevin Croker, de la Universidad Estatal de Arizona, dijo a IFLScience.

Lo que encontraron es una buena concordancia entre el crecimiento de los agujeros negros y la expansión del universo. La muerte de estrellas masivas crea agujeros negros y la cantidad de energía oscura aumenta en el universo. Esto puede ser sólo una correlación intrigante, pero tiene algunas consecuencias que la hacen atractiva para los miembros del equipo.

La solución de los agujeros negros como burbujas de energía oscura resuelve un problema en el estudio de los agujeros negros, ya que no necesitan tener una singularidad en su centro. Ése es un gran desafío para la relatividad general. También resuelve de dónde proviene la energía oscura, aunque el equipo no sabe cómo la conversión de materia regular (llamada bariónica) dentro de los agujeros negros crea realmente energía oscura.

Por último, pero no menos importante, resuelve la tensión de Hubble, un problema en astronomía en el que diferentes métodos producen diferentes estimaciones de la tasa de expansión del universo. Las mediciones de las galaxias dicen una cosa y las mediciones del fondo cósmico de microondas (CMB), el eco del Big Bang, dicen otra.

Utilizando el método de distancia de galaxias, la tasa de expansión es de 72,8 kilómetros por segundo por megaparsec. Esta unidad de medida puede parecer un poco extraña al principio. Significa que si dos galaxias están separadas por 1 megaparsec (3,26 millones de años luz), la expansión del universo hace que parezca que se alejan una de la otra a una velocidad de 72,8 kilómetros (45,2 millas) por segundo.

El valor del CMB, por otro lado, es de 67,4 kilómetros (41,9 millas) por segundo por megaparsec. Las incertidumbres sobre cada valor son pequeñas y no se superponen, pero si la energía oscura proviene de agujeros negros, entonces la medición extraída del CMB necesita ajustes.

“Si estás convirtiendo material bariónico en energía oscura mediante la producción de agujeros negros (porque los agujeros negros son una masa de energía oscura), entonces la tasa de expansión que esperas del Big Bang no es 67,4 [kilometers per second per megaparsec] pero es básicamente 70. Eso nos acerca mucho más a esa medición tardía del tiempo”, dijo el Dr. Croker a IFLScience.

Croker inició este trabajo con Joel Weiner, un matemático que anteriormente trabajó en la Universidad de Hawaii. Es sincero acerca de los desafíos a esta idea, así como de las posibles soluciones. Si bien la hipótesis de los agujeros negros cosmológicamente acoplados tiene respaldo observacional, cuando se trata de todo el universo, no puede explicar fácilmente los agujeros negros observados en la investigación de ondas gravitacionales y en los cúmulos globulares.

Los agujeros negros de energía oscura resolverían cuestiones importantes en cosmología, pero es posible que no expliquen todas las observaciones astrofísicas de los agujeros negros. ¿Cómo funcionarían estos agujeros negros de energía oscura? Ésa es la cuestión. Pero no es sólo teórico. El equipo está construyendo un caso para buscar qué podrían estar haciendo estos agujeros negros de energía oscura en el universo.

«Esto definitivamente es algo de frontera», explicó el Dr. Croker. “No sabemos todo sobre lo que está pasando aquí. Básicamente, sólo conocemos el esbozo, pero hay suficiente esbozo como para que pueda ser un esbozo cuantitativo y podemos buscar estos efectos”.

Un artículo que describe estos resultados se publica en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.