Agujeros negros, materia oscura, y un nuevo aporte de científicos platenses

A mediados de 2020, un equipo de expertos de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata, Conicet y la red ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network), sorprendió a la comunidad científica mundial con un trabajo en el que discutía el paradigma vigente sobre la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Desde entonces, el equipo de científicos siguió adelante con las observaciones que permitieran reforzar su hipótesis, y ahora publicó un nuevo artículo, recientemente aceptado por la revista científica “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) Letters”, centrado en el comportamiento de las 17 estrellas mejor estudiadas que se encuentran más cercanas a “Sagittarius A”, el hasta ahora aceptado agujero negro de una masa de 4 millones de veces la del Sol, que debe su nombre a su pertenencia a la constelación de Sagitario.

En su primer estudio, los científicos fundaron su postulado en los resultados de un modelo matemático que explicaba con exactitud el comportamiento (órbita, posición y velocidad) de dos objetos –una estrella joven, denominada S2, la segunda más cercana al centro, y otro cuerpo de posible origen estelar, conocido como G2– prescindiendo de la idea del agujero negro y, en cambio, sugiriendo la existencia de un denso núcleo de materia oscura, el componente invisible y principal del Universo, por lo que el comportamiento de ese grupo de 17 estrellas cercanas a esa región se condice mejor con la posible existencia de un denso núcleo de materia oscura que con la de un agujero negro.

Los expertos aplicaron un modelo matemático conocido como Ruffini-Argüelles-Rueda (RAR), por los apellidos de sus creadores, que combina conceptos de estadística cuántica, relatividad general y termodinámica.

“El comportamiento de estos objetos, sus órbitas y velocidades radiales se explican de manera similar e incluso mejor a partir de nuestro modelo, y difieren de lo que ocurriría si en el centro hubiera un agujero negro”, describe el científico platense Carlos Argüelles, investigador del CONICET en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata y uno de los autores de la publicación.

“Existen mecanismos de formación de halos galácticos que predicen de manera natural la existencia de núcleos compactos de materia oscura en sus centros. Cuando se asume que esa acumulación de materia oscura está constituida por partículas conocidas como fermiones masivos neutros, denominados darkinos (por la palabra inglesa ‘dark’, es decir ‘oscuro’), con una masa de aproximadamente la novena parte de un electrón, estos pueden aglomerarse en esos núcleos, de un tamaño unas 100 veces el de ´Sagitttarius A´, el supuesto agujero negro central de nuestra galaxia, pero sin colapsar en uno”, explica el experto de nuestra ciudad.

Según el investigador, ese núcleo denso fermiónico está rodeado por una atmósfera diluida que se extiende como un halo desde el centro hacia los bordes de la Vía Láctea: “Una consecuencia clave del estudio es que la distribución de estos darkinos también explica las curvas de rotación de la propia galaxia”, subraya Argüelles.

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LOS AGUJEROS NEGROS SUPERMASIVOS

Cabe destacar que el propio Argüelles es autor de otro estudio, reconocido internacionalmente, que logró hallar nuevos mecanismos en la formación de los agujeros negros supermasivos, regiones del espacio-tiempo con una densa concentración de masa de la que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede salir, a partir del colapso gravitacional de estructuras de alta densidad de materia oscura que podrían existir en los centros de las galaxias.

Hallar respuestas a los interrogantes sobre la manera en que se formaron inicialmente los agujeros negros supermasivos, es uno de los mayores desafíos que afrontan los expertos dedicados al estudio del origen y evolución de las galaxias. Estas estructuras fueron observadas desde la etapa más temprana en la vida del Universo, unos 800 millones de años después del Big Bang, la explosión que le dio origen, y aún no se ha logrado explicar cómo pudieron crecer tan rápido.

La manera que se forman los agujeros negros, es uno de los mayores desafíos

En su trabajo, Argüelles aportó resultados clave para los estudios sobre el Universo temprano, donde la formación de los agujeros negros supermasivos podría haber ocurrido incluso antes que las galaxias que hoy habitan, contrariamente a lo que se cree en la actualidad.

“Este nuevo escenario de formación -explica el científico de nuestra ciudad- puede ofrecer una explicación natural a cómo se formaron los agujeros negros supermasivos dentro de los halos de materia oscura en el Universo temprano sin requerir una formación estelar previa o la necesidad de invocar agujeros negros ‘semilla’ con tasas de crecimiento poco realistas. En nuestros trabajos, centramos nuestra teoría en el estudio de la Vía Láctea, y pudimos demostrar que no es necesario considerar la posibilidad de un agujero negro en su núcleo para explicar las observaciones, sino que estas también son consistentes con la existencia de un núcleo de materia oscura sin colapsar en el centro del halo galáctico”.