Agujeros negros y materia oscura, una investigación revolucionaria

Hace unos días, se conocía un trabajo internacional que venía a dar por tierra con el postulado de que el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, estaría dominado por un agujero negro, sino que en realidad se trataría de materia oscura, un elemento del que muy poco se sabe. Este estudio astrofísico, de suma complejidad, fue aceptado por la prestigiosa revista científica Astronomy and Astrophysics, que lo publicará el 9 de septiembre próximo. Y el motivo de orgullo para nuestra ciudad, es que de ese trabajo participó un astrofísico platense, el doctor Carlos Argüelles, egresado de la UNLP e investigador del Conicet.

Esta investigación internacional, como quedó dicho, sostiene que existe un núcleo denso de partículas de materia oscura, en lugar de un agujero negro en el centro de la galaxia. El nuevo paradigma surge del trabajo titulado “Geodesic motion of S2 and G2 as a test of the fermionic dark matter nature of our Galactic core”, y suma un aporte sólido para sostener que no sería un agujero negro el “protagonista” del centro de la galaxia, sino materia oscura, y esto vale para galaxias pequeñas y medianas, no sólo para nuestra Vía Láctea.

“Hasta ahora -explica Argüelles- no existía una solución que pudiera probar que ese núcleo compacto de materia oscura fermiónica ubicado en el centro de la Vía Láctea, pueda explicar el movimiento de las estrellas que orbitan a su alrededor con mejor precisión que el paradigma del agujero negro. La evidencia que estamos aportando ahora es muy fuerte, ya que utilizamos todos los datos formales tomados por los telescopios más potentes del planeta, necesarios para poner en el centro de la escena a esta nube de gas densa compuesta por fermiones y no por un agujero negro”.

El astrofísico platense detalla que “un punto central de nuestro modelo es que este núcleo denso está rodeado por una atmósfera diluida que se extiende hacia el exterior de la Galaxia, logrando además explicar su curva de rotación, es decir la velocidad de rotación de las estrellas más externas en torno al centro”.

Argüelles aclara que “esto no quiere decir que no puedan existir los agujeros negros supermasivos al centro de las galaxias. Por el contrario, hace pocos años un grupo de colegas logró tomar la primera imagen de uno supermasivo, de mil millones de masas solares. Lo que propone nuestro modelo es que estas regiones de origen fermiónico colapsan cuando alcanzan masas mayores a 100 millones de masas solares, y son la semilla para la formación de los agujeros negros supermasivos. Es decir, que aportamos luz también en ese sentido, ya que es algo que hoy tampoco se sabe con certeza. Nuestra teoría a la vez es consistente con otros fenómenos cosmológicos”.

El trabajo desarrollado por Argüelles junto a colegas italianos de la red ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network), que acaba de ser presentado ante la comunidad científica mundial, discute el paradigma vigente sobre la existencia de un agujero negro en el centro de la Vía Láctea, a través de modelos matemáticos basados en leyes físicas fundamentales.

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“Proponemos una nueva manera de entender el origen y la naturaleza de los centros galácticos”, describe Argüelles al explicar el comportamiento de dos objetos cercanos al núcleo de la Vía Láctea, prescindiendo de la idea que predomina en la actualidad: la existencia de un agujero negro, es decir una región espacio-temporal con una alta concentración de masa en el centro galáctico.

LA MATERIA OSCURA

La materia oscura es el componente principal del Universo –se estima que el 85 por ciento de este– y su nombre se debe precisamente a que no genera ningún tipo de radiación electromagnética, es decir no emite luz visible, por lo que no puede ser observada directamente y solo es posible inferir su presencia interpretando la acción que ejerce sobre la gravitación de las galaxias y los distintos cuerpos celestes que sí se ven.

Desde 2015, cuando realizó su posdoctorado en Italia, Argüelles viene trabajando intensamente junto al mismo grupo de colegas para interpretar de qué manera se distribuye en nuestra galaxia en particular y en el Universo en general y, como un desafío mayor, dilucidar cuál fue la partícula que dio origen a la materia oscura en los primeros instantes después del evento explosivo inicial conocido como Big Bang.

En un estudio anterior propusieron un modelo matemático alternativo al paradigma vigente –denominado Ruffini-Argüelles-Rueda (RAR)– que combina conceptos de física cuántica, relatividad general y termodinámica y con el que lograron resultados alentadores que les valieron un prestigioso reconocimiento internacional.

Esta vez, los expertos usaron el esquema RAR para estudiar el comportamiento de dos objetos cercanos al centro de la Vía Láctea, donde se cree existe un agujero negro con una masa de 4 millones de veces la del Sol, conocido como Sagittarius A* por encontrarse en la constelación de Sagitario. Se valieron de datos sobre la órbita, posición y velocidad de ambos cuerpos registrados por los principales telescopios internacionales. En particular, estudiaron una estrella joven y brillante denominada S2, que es la segunda más cercana al centro, y otro objeto que no se sabe con certeza si es una estrella o una nube de gas –en base a distintos indicadores sobre su composición se inclinan por la primera opción–, denominado G2.

“S2 está siendo monitoreada desde hace poco más de dos décadas y se tiene mucha información sobre ella. Su órbita completa lleva 16 años, es decir que ya se estudió más de una vuelta entera. En el caso de G2, se lo viene observando desde hace unos cinco años, pero el paradigma que supone la existencia de un agujero negro central no logra explicar de manera precisa su dinámica”, cuenta Argüelles, quien se desempeña en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata.

Los investigadores volcaron las variables conocidas para cada objeto en RAR tomando los mismos parámetros matemáticos usados por otros colegas en trabajos anteriores, primero considerando la presencia de un agujero negro y luego prescindiendo de esa alternativa.

“Nuestro modelo permitió explicar mejor y con mayor precisión el comportamiento de los dos objetos sin necesidad de incorporar el agujero negro. Las órbitas de ambos cuerpos se condicen con la existencia de un núcleo denso de materia oscura de origen fermiónico, es decir una acumulación muy compacta –en el orden de millones de masas solares– de fermiones que según el modelo poseen un masa nueve veces más liviana que los electrones, pero son neutros. Un punto central que surge de nuestro trabajo es que este núcleo denso fermiónico está rodeado por una atmósfera diluida que se extiende hacia el exterior de la galaxia, logrando además explicar su curva de rotación, es decir la velocidad de traslación de las estrellas más externas respecto del centro”, explica el experto platense.