La materia oscura puede ser responsable de enormes agujeros negros en los albores de los tiempos

A medida que adquirimos una mayor capacidad para mirar más y más profundamente en el Universo, descubrimos algo muy sorprendente: Supermasivo. agujeros negros millones a miles de millones de veces la masa del Sol, antes de que el Universo tuviera incluso el 10 por ciento de su edad actual.

Este es un verdadero enigma cosmológico. Dado lo que sabemos sobre la tasa de crecimiento de los agujeros negros, no debería haber pasado suficiente tiempo desde la Big Bang para que crezcan tanto. Pero su presencia es innegable, por lo que debe estar sucediendo algo extraño.

Según una nueva investigación, este algo puede ser una de las cosas más extrañas del Universo: materia oscura.

«Podemos pensar en dos razones [why the early Universe black holes are so massive], » dijo el físico y astrónomo de la Universidad de California en Riverside, Hai-Bo Yu.

«El agujero negro semilla – o ‘bebé’ – es mucho más masivo, o crece mucho más rápido de lo que pensábamos, o ambas cosas. Entonces surge la pregunta de cuáles son los mecanismos físicos para producir un agujero negro semilla masivo o ambos. lograr una tasa de crecimiento lo suficientemente rápida? «

La materia oscura es uno de los mayores misterios del Universo. No sabemos qué es ni de qué está hecho. La única forma en que interactúa con la materia bariónica normal en el Universo, esta es la materia de la que están hechas todas las cosas que podemos ver, es gravitacionalmente.

Al interactuar gravitacionalmente, podemos observar los efectos gravitacionales en el Universo, como la rotación de las galaxias y la forma en que la luz se dobla a lo largo de un campo gravitacional fuerte, y restar el efecto gravitacional de la materia normal para determinar el contenido de materia oscura. Y hay mucho de eso. Se estima que el 85 por ciento de toda la materia del Universo es materia oscura.

La mayoría de las galaxias residen en un halo de materia oscura; se considera vital para su entrenamiento. Un modelo para la formación de agujeros negros supermasivos es el colapso directo de una densa nube de gas. Yu y sus colegas se preguntaron si podría haber otra contribución.

«Este mecanismo … no puede producir un agujero negro semilla lo suficientemente masivo para acomodar agujeros negros supermasivos recientemente observados, a menos que el agujero negro semilla experimente una tasa de crecimiento extremadamente rápida». Yu dijo.

«Nuestro trabajo proporciona una explicación alternativa: un halo de materia oscura que interactúa con uno mismo experimenta inestabilidad gravotermal y su región central colapsa en un agujero negro semilla».

Por lo que podemos decir hasta ahora, la materia oscura interactúa solo con la materia bariónica gravitacionalmente, pero puede ser capaz de interactuar consigo misma.

El escenario del equipo comienza con la formación de un halo de materia oscura, reuniéndose gravitacionalmente al comienzo del Universo. El tirón hacia adentro de la gravedad competiría con el tirón hacia afuera del calor y la presión; para la materia oscura que no interactúa automáticamente, las partículas que se condensan hacia el centro del halo se acelerarían al aumentar la gravedad y retrocederían bajo la presión más alta porque no pudieron transferir su energía a otras partículas.

Sin embargo, las partículas de materia oscura que interactúan por sí mismas podrían transferir energía a otras partículas, introduciendo fricción en el fluido de materia oscura en rotación. Esto ralentizaría las partículas, reduciendo el momento angular y encogiendo el halo central para que eventualmente colapsara bajo su propia masa para formar la semilla de un agujero negro.

A partir de este punto, la semilla puede crecer agregando materia bariónica, dijeron los investigadores. Y aunque la ‘semilla’ de materia oscura puede tener una masa lo suficientemente alta como para permitir que el agujero negro crezca rápidamente, se necesitan ambas formas de materia.

«En muchas galaxias, las estrellas y el gas dominan sus regiones centrales», Yu explicó.

«Así que es natural preguntar cómo la presencia de esta materia bariónica afecta el proceso de colapso. Hemos demostrado que acelerará el inicio del colapso. Esta característica es exactamente lo que necesitamos para explicar el origen de los agujeros negros supermasivos en el universo temprano». . Las interacciones también conducen a una viscosidad que puede disipar el momento angular del halo central y ayudar aún más al proceso de colapso «.

El equipo espera que los instrumentos futuros, aún más sensibles, sean capaces de localizar las primeras galaxias del Universo con un rango de brillo más allá de la capacidad de nuestros telescopios actuales.

Eso debería poder ayudar a validar su modelo, un resultado que no solo nos ayudaría a resolver el problema de los agujeros negros supermasivos del Universo temprano, sino también la naturaleza misteriosa de la materia oscura.

La investigación fue publicada en Las cartas del diario astrofísico.