Una de las grandes paradojas de la cosmología moderna es la existencia de agujeros negros supermasivos —algunos con masas equivalentes a mil millones de soles— que ya existían cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Según la teoría estándar de formación de agujeros negros, simplemente no deberían haber tenido tiempo suficiente para crecer hasta esas dimensiones. Ahora, un nuevo estudio liderado por investigadores de la Universidad de California en Riverside propone una solución que involucra a la protagonista más esquiva del cosmos: la materia oscura.
El enigma de los agujeros negros prematuros
El Telescopio Espacial James Webb ha confirmado en los últimos años la existencia de agujeros negros de tamaño inusualmente grande en el universo temprano, objetos que debieron formarse mediante un proceso llamado colapso directo, en el que una nube entera de gas primordial se desploma en un agujero negro sin pasar por la fase de formación estelar. Se pensaba que este proceso era extremadamente raro, pues requería condiciones muy específicas de irradiación por parte de estrellas cercanas.
La desintegración de la materia oscura como detonador
El estudiante de doctorado Yash Aggarwal, de la Universidad de California en Riverside, demostró que la materia oscura —esa componente invisible que representa el 85% de toda la materia del universo y que da forma a las galaxias— podría ser el factor que explique estos colapsos. Si las partículas de materia oscura se desintegran, liberan pequeñas cantidades de energía directamente en el gas de las primeras galaxias. Esa inyección de energía, aunque minúscula, basta para alterar la química del gas y disparar la tasa de colapso directo.
«Nuestro estudio sugiere que la materia oscura decayente podría remodelar profundamente la evolución de las primeras estrellas y galaxias, con efectos generalizados en todo el universo.»
— Yash Aggarwal
Para dimensionar la escala del efecto: cada partícula de materia oscura en desintegración inyectaría una cantidad de energía equivalente a una billonésima de billonésima de la energía de una pila AA. Sin embargo, en el contexto de una nube de gas primordial, eso es suficiente para inclinar la balanza hacia el colapso.
Una ventana muy precisa de masa
El equipo, que también incluyó a James Dent de la Universidad Estatal de Sam Houston (Texas) y a Tao Xu de la Universidad de Oklahoma, modeló la termoquímica del gas en presencia de axiones en desintegración —un tipo de candidato a materia oscura— y encontró que partículas con masas entre 24 y 27 electronvoltios podrían generar las condiciones exactas para sembrar agujeros negros de colapso directo.
Flip Tanedo, profesor asociado de física y astronomía en UCR y coasesor doctoral de Aggarwal, señaló que «las primeras galaxias son esencialmente esferas de gas de hidrógeno primigenio cuya química es increíblemente sensible a la inyección de energía a escala atómica». En otras palabras, los propios agujeros negros supermasivos que observamos hoy podrían ser los detectores de materia oscura más grandes que existen.
El Webb como testigo clave
El resultado llega en un momento oportuno: el James Webb continúa identificando agujeros negros de colapso directo en el universo temprano, ampliando la brecha entre lo que la teoría predecía y lo que la observación revela. Si el mecanismo propuesto por Aggarwal y su equipo es correcto, podría cerrar esa brecha de manera elegante, conectando la física de partículas con la cosmología observacional.
El estudio fue publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics con el DOI: 10.1088/1475-7516/2026/04/034.
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