Encuentran unas galaxias que podrían estar repletas de agujeros negros primordiales

Cómo la interacción entre la gravedad y la luz proporciona información sobre objetos extremadamente lejanos.

La imagen del cuásar J1004+4112 (señalado por el texto "lensed quasar"), amplificada y multiplicada por la gravedad del cúmulo de galaxias.European Space Agency, NASA, Keren Sharon (Tel-Aviv University) and Eran Ofek (CalTech)

En un artículo anterior hablamos de la posibilidad de que el hipotético «Planeta 9» que tal vez se esconda en los confines del sistema solar sea en realidad un astro aún más hipotético: un agujero negro primordial. Ahora un nuevo estudio sugiere que podría haber localizado un cúmulo de galaxias repleto de estos esquivos objetos, pero, para entender esta conclusión, primero tendremos que repasar dos conceptos.

Lentes gravitacionales

Las llamadas lentes gravitacionales son uno de tantos fenómenos que demuestra que la descripción de la gravedad de Einstein es más válida que la interpretación newtoniana. En muy resumidas cuentas, los campos gravitatorios son capaces de curvar la trayectoria de los rayos de luz que pasan a través de ellos y eso sólo puede ocurrir si la gravedad es una deformación del tejido espacio-tiempo, como sugería Einstein, y no una fuerza, como enunció Newton.

Como resultado, cuando la luz de un objeto lejano atraviesa el campo gravitatorio de otro muy masivo que está más cerca de nosotros, la gravedad actúa como una especie de «lente» que desvía la luz y amplificando o incluso multiplica la imagen del objeto más lejano.

Este fenómeno resulta muy útil a los astrónomos porque la magnitud de esa desviación que experimenta la luz permite estimar cuál es la masa del objeto cuya gravedad modifica su trayectoria, como, por ejemplo, una galaxia.

Agujeros negros primordiales

El siguiente concepto a tener en cuenta está relacionado con los agujeros negros. Estos objetos contienen tal cantidad de masa concentrada en un volumen tan pequeño y la gravedad es tan intensa en sus inmediaciones que ni siquiera la luz puede escapar de ella. De ahí que, desde fuera, los agujeros negros parezcan simples discos oscuros.

La mayor parte de los agujeros negros conocidos tienen una masa varias veces superior a la de nuestro Sol y se forman cuando alguna estrella muy masiva termina su vida en forma de supernova o debido a la fusión de dos estrellas de neutrones. Por otro lado, en el centro de casi todas las galaxias habita un agujero negro súpermasivo con una masa millones de veces superior a la del Sol. Y, aunque aún no se conoce el mecanismo de formación exacto de estos monstruos, se cree son el resultado de la fusión de miles de agujeros negros «corrientes» mientras las galaxias se forman.

Pero los modelos físicos sugieren que existe un tercer tipo de agujeros negros que, de momento, no se han observado: los agujeros negros primordiales. La formación de estos objetos se remontaría al primer segundo de vida del universo, cuando la concentración de materia en el espacio era tan alta que en muchas regiones se habría colapsado bajo su propio peso y habría producido agujeros negros con masas muy dispares. Los más pequeños se habrían evaporado hace mucho tiempo debido a la emisión de radiación de Hawking, pero, si estos agujeros negros primordiales existieron, algunos deberían haber acumulado suficiente masa como para sobrevivir hasta nuestros días. Y, por fin, podemos combinar los dos conceptos.

Galaxias repletas de agujeros negros

SDSS J1004+4112 es un cuásar, una galaxia activa muy distante que emite grandes cantidades de luz. Durante su camino hacia la Tierra, la luz del cuásar pasa por las inmediaciones de un cúmulo de galaxias más cercano cuya gravedad la desvía y genera cinco «copias» de la imagen del cuásar a su alrededor.

Lo curioso en este caso es que la distribución de los «espejismos» de SDSS J1004+4112 no encaja con la que predicen los modelos actuales: el origen de esas lentes gravitacionales no parece estar ni en las estrellas que componen las galaxias ni en su halo de materia oscura, que, en principio, debería estar distribuida de manera uniforme.

Teniendo esto en cuenta, tras llevar a cabo una serie de simulaciones computacionales, el autor de un nuevo estudio ha concluido que el escenario que mejor encaja con las lentes gravitacionales observadas es que el cúmulo de galaxias contenga una gran cantidad de objetos oscuros con una masa similar a la del Sol. Los únicos astros conocidos lo bastante oscuros y masivos son los agujeros negros, pero, a su vez, los objetos de esta galaxia serían demasiado pequeños para haberse formado a partir de la explosión de alguna estrella masiva o la fusión de estrellas de neutrones. Y, desde luego, tampoco serían agujeros negros súpermasivos. Por tanto, el autor de este estudio sugiere que el cúmulo de galaxias podría contener agujeros negros primordiales que acumularon suficiente masa cuando se formaron como para sobrevivir hasta nuestros días sin evaporarse.

De momento, este resultado es sólo una hipótesis. Confirmarla o refutarla requerirá que se detecte un agujero negro primordial o que alguien encuentre alguna prueba de que, en contra de lo que se piensa, estos objetos hipotéticos jamás podrían existir.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • En la versión de este artículo publicada en la edición papel se habla de los efectos gravitacionales producidos por una galaxia individual sobre la luz del cuásar. En realidad, es más preciso señalar que en el estudio en cuestión se simula el comportamiento de un cúmulo de galaxias, como se ha explicado aquí.

REFERENCIAS (MLA):

  • Michael R. S. Hawkins, “SDSS J1004+4112: the case for a galaxy cluster dominated by primordial black holes”. Astronomy&Aastropysics, 643, A10 (2020).