Los agujeros negros primordiales (PBH) son cuerpos cósmicos fascinantes que han sido ampliamente investigados por astrofísicos de todo el mundo. Como sugiere su nombre, estos son agujeros negros que se cree que aparecieron en los primeros días del universo, menos de un segundo después del Big Bang.
La teoría de la física sugiere que en la fracción de segundo antes de que se formara el universo, el espacio no era completamente homogéneo, por lo que las regiones más densas y calientes podrían haberse colapsado en agujeros negros. Dependiendo de cuándo se formaron exactamente dentro de esta fracción de segundo, estos PBH podrían tener masas y características asociadas muy diferentes.
Algunos físicos teóricos han estado explorando la posibilidad de que los PBH contribuyan significativamente a la abundancia prevista de materia oscura en el universo o, en otras palabras, que sean los principales candidatos a materia oscura. Las observaciones de ondas gravitacionales recopiladas por la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA y las restricciones establecidas por estas observaciones sugieren que esto es muy poco probable.
Sin embargo, algunos estudios recientes sugirieron que la agrupación de PBH en el momento de su formación podría cambiar su tasa de fusión, lo que potencialmente permitiría valores dentro de las restricciones establecidas por LIGO-Virgo-KAGRA. Este agrupamiento también afectaría potencialmente los límites de microlente existentes, ya que los grupos de PBH actuarían como una lente única masiva que no se puede probar mediante estudios de microlente.
Investigadores de la Université de Genève, la Universidad Sapienza de Roma y el NICPB han llevado a cabo recientemente un estudio teórico que evalúa aún más la hipótesis de que los PBH inicialmente agrupados podrían ser candidatos a materia oscura. Su artículo, publicado en Physical Review Letters, presenta un argumento relativamente simple que parece descartar esta posibilidad.
“Nuestro trabajo estuvo motivado por la afirmación, aún no probada en la literatura, de que los agujeros negros primordiales con masas alrededor de las masas solares podrían evitar las fuertes restricciones actuales que provienen de las microlentes, si estuvieran fuertemente agrupados”, dijo Antonio Riotto, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, le dijo a Phys.org.
“Nuestro estudio demostró que esta afirmación no es correcta. La idea es simple: los PBH agrupados pueden evitar el límite de microlente si el agrupamiento es lo suficientemente fuerte, pero esto estaría en desacuerdo con otro conjunto de datos provenientes del bosque Lyman-alfa, lo que sugiere que esto requeriría un agrupamiento débil”.
En sus análisis, Riotto y sus colegas combinaron las limitaciones de las microlentes establecidas por observaciones astronómicas anteriores con datos del bosque Lyman-alfa. El bosque de Lyman-alfa es un fenómeno de absorción que se puede observar utilizando herramientas de espectroscopia astronómica y se presenta como líneas de absorción en los espectros de galaxias y cuásares distantes.
Estas líneas de absorción se han convertido en una sonda destacada en astrofísica, particularmente en estudios que investigan las fluctuaciones de densidad en el Universo. En su artículo, los investigadores mostraron que los datos del bosque Lyman-alfa sugieren que para evitar los límites de microlente existentes, los PBH deberían estar agrupados débilmente, en lugar de fuertemente, lo que contradice la idea teórica generalizada que estaban evaluando.
“Nuestro análisis descarta la posibilidad de que los PBH puedan ser la materia oscura del universo si tienen masas similares a las masas estelares”, agregó Riotto. “En nuestros próximos trabajos, planeamos investigar más a fondo el papel de los PBH, para ver si pueden explicar otras observaciones interesantes, como la presencia de galaxias con altos desplazamientos al rojo”.
Con información de Physical Review Letters
