Nueva teoría vincula agujeros negros supermasivos y energía oscura

Una nueva teoría controvertida sugiere que los agujeros negros supermasivos que acechan en el corazón de la mayoría de las galaxias grandes podrían ser la fuente de energía oscura, la fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo.

El vínculo sugerido, denominado "acoplamiento cosmológico", nació de las observaciones de agujeros negros en el corazón de galaxias distantes que parecen haber crecido más rápidamente de lo que permitiría simplemente acumular masa o fusionarse con otros agujeros negros.

Investigando esto más a fondo, el equipo, incluido el autor principal Duncan Farrah del desplegable Universidad de Hawai'i en Manoa, descubrió que la fuerza del acoplamiento significa que el crecimiento de los agujeros negros coincidió con la expansión acelerada del universo.

“No hay acuerdo sobre qué modelo de energía oscura es más probable que sea el correcto, pero el modelo más simple para la energía oscura es una 'constante cosmológica'. En este modelo, todo el universo está impregnado de una densidad de energía uniforme y constante”, dice Farrah. Mundo de la Física. “Esto no suena tan misterioso, pero la densidad de energía debe permanecer constante incluso cuando el universo se expande. No se conoce ningún objeto que se comporte de la manera requerida. Debido a esto, algunos piensan que es una propiedad del propio vacío”.

La mayoría de los modelos de agujeros negros sugieren que en su corazón hay una singularidad, un punto en el que la masa se comprime en un punto infinitesimalmente pequeño y, por lo tanto, se vuelve infinitamente denso. El nuevo acoplamiento cosmológico reemplaza esta singularidad con la energía del vacío, propuesta como fuente de energía oscura.

Los investigadores detallan la teoría en dos artículos, publicados en The Astrophysical Journal y Las cartas de la revista astrofísica, ambos presentan diferentes aspectos de la conexión cosmológica y brindan la primera "explicación astrofísica de la energía oscura".

Evidencia de un modelo astrofísico de energía oscura

En el primer artículo, el equipo observó agujeros negros en los centros de galaxias elípticas "rojas y muertas" que actualmente están inactivas.

“Debido a que no se espera que estas galaxias hagan mucho, no se espera que sus agujeros negros centrales crezcan mucho con el tiempo”, explica Farrah. “Descubrimos que, después de tener en cuenta todos los posibles canales 'normales' de crecimiento de agujeros negros, estos agujeros negros todavía muestran un gran aumento en la masa entre hace unos siete mil millones de años y hoy, casi un factor de 10 en masa. Esto es sorprendente, y no tan fácil de explicar”.

En su segundo artículo, el equipo intentó descubrir si este inesperado crecimiento masivo de agujeros negros podría ser el resultado de la expansión del universo solo a través del acoplamiento cosmológico.

“Nuestro segundo artículo muestra que esta tasa de aumento de masa es consistente con el aumento de la masa de los agujeros negros en sincronía con el volumen del universo”, dice Farrah. “Es decir, si el volumen del universo se duplica, también lo hace la masa de los agujeros negros”.

Farrah explica que si el resultado es correcto, entonces si el volumen del universo se duplica, la masa de un agujero negro dado se duplicará, pero el número de agujeros negros por unidad de volumen aún se reducirá a la mitad debido al hecho de que los agujeros negros son objetos específicos. .

“Juntando esas dos cosas, la densidad de masa de los agujeros negros se mantendrá constante a medida que el universo se expande. Este es exactamente el comportamiento esperado del 'algo' que da lugar a una expansión acelerada”, dice Farrah. “Dado que ningún otro objeto exhibe este comportamiento, se argumenta que los agujeros negros son ese 'algo'. Entonces, la energía oscura no necesita ser una propiedad del vacío en sí, y no necesita ser uniforme. Puede residir dentro de los agujeros negros y producirse cuando las estrellas grandes colapsan al morir, algo que se ha predicho desde mediados de los años sesenta”.

Uno de los atractivos clave de la teoría del acoplamiento cosmológico del equipo es que, si bien algunos modelos de energía oscura requieren que se hagan adiciones a nuestros modelos del universo, todos los elementos necesarios para este modelo ya se conocen.

“Proporciona una fuente de energía oscura de algo que ya sabemos que existe, a saber, los agujeros negros. No hay necesidad de ningún tipo nuevo de objeto o partícula nueva”, dice Farrah.

Una pareja controvertida

La nueva teoría no ha pasado sin controversia en los círculos de física, y muchos investigadores no están dispuestos a aceptar este acoplamiento cosmológico todavía.

“Puedo detectar cosas que son preocupantes”, dice la cosmóloga de la Universidad ECCI Luz Ángela García Mundo de la Física. "Decir que su observación establece evidencia de que los agujeros negros están hechos de energía oscura parece una posibilidad remota, en particular, porque no podemos realizar mediciones 'dentro' del agujero negro".

García también está preocupado por el hecho de que al vincular la energía oscura con los agujeros negros, la teoría del equipo conecta esta fuerza con el ciclo de vida de las estrellas, describiéndolo como “muy arriesgado”. Esto se debe a que cuando los científicos consideran el contenido de energía-materia del universo, los agujeros negros y, por lo tanto, la energía oscura en este modelo ya se han contabilizado en la proporción del 5% de "materia ordinaria" del contenido de energía-materia del universo.

Finalmente, García señala que la línea de tiempo del universo deja una brecha de dos mil millones de años que la teoría del equipo lucha por llenar.

“El pico de la cantidad de agujeros negros y cuásares coincide con el pico de la historia de formación de estrellas hace aproximadamente 10 mil millones de años, y después de eso hay una rápida disminución en la cantidad de estos objetos masivos”, explica. “Por otro lado, el puntapié inicial de la dominación de la energía oscura ocurre hace más o menos ocho mil millones de años”.

Una nueva generación asume la constante cosmológica

Entonces, si los agujeros negros son la fuente de la energía oscura, García pregunta, ¿por qué la energía oscura tarda dos mil millones de años en dominar otras formas de materia y energía?

“Aunque no podemos descartar la idea por completo, me parece muy poco probable que los agujeros negros sean la fuente de la energía oscura”, concluye.

El propio Farrah está de acuerdo en que el misterio de la energía oscura está lejos de resolverse, y reconoce que, si bien los dos documentos proporcionan evidencia de una fuente astrofísica de energía oscura, su argumento necesita mucho más escrutinio.

“La energía oscura sigue siendo un fenómeno profundamente misterioso”, concluye Farrah. "Diría que nuestros artículos plantean la posibilidad de que los agujeros negros sean una fuente de energía oscura y proporcionan una 'hipótesis interesante', pero en la actualidad, no más que eso".

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/