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¿Los agujeros negros están hechos de energía oscura?

NASA / JPL-Caltech

Dos investigadores de la Universidad de Hawái en Manoa han identificado y corregido un error sutil que se cometió al aplicar las ecuaciones de Einstein para modelar el crecimiento del universo.

Los físicos generalmente asumen que un sistema cosmológicamente grande, como el universo, es insensible a los detalles de los pequeños sistemas contenidos en él. Kevin Croker, investigador postdoctoral del Departamento de Física y Astronomía, y Joel Weiner, profesor del Departamento de Matemáticas, han demostrado que esta suposición puede fallar en el caso de los objetos compactos que quedan tras el colapso y la explosión de estrellas muy grandes.

“Durante 80 años, hemos operado generalmente bajo el supuesto de que el universo, a grandes rasgos, no se vio afectado por los detalles particulares de ninguna región pequeña”, dijo Croker. “Ahora está claro que la relatividad general puede conectar de forma observable las estrellas colapsadas, regiones del tamaño de Honolulu, con el comportamiento del universo en su conjunto, más de mil millones de millones de veces mayor”.

Croker y Weiner demostraron que la tasa de crecimiento del universo puede volverse sensible a la contribución promedio de tales objetos compactos. Asimismo, los objetos mismos pueden vincularse con el crecimiento del universo, ganando o perdiendo energía dependiendo de las composiciones de los objetos. Este resultado es significativo ya que revela conexiones inesperadas entre la física de objetos cosmológicos y la física de objetos compactos, lo que a su vez conduce a muchas nuevas predicciones observacionales.

Una consecuencia de este estudio es que la tasa de crecimiento del universo proporciona información sobre lo que le sucede a las estrellas al final de sus vidas. Los astrónomos típicamente asumen que las estrellas grandes forman agujeros negros cuando mueren, pero este no es el único resultado posible. En 1966, Erast Gliner, un joven físico del Instituto Físico-Técnico Ioffe de Leningrado, propuso una hipótesis alternativa de que las estrellas muy grandes deberían colapsar en lo que ahora podría llamarse Objetos Genéricos de Energía Oscura (GEODE’s). Estos parecen ser agujeros negros cuando se ven desde el exterior pero, a diferencia de los agujeros negros, contienen energía oscura en lugar de una singularidad.

Imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87EHT COLLABORATION; NASA/CXC/VILLANOVA UNIVERSITY
Imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87EHT COLLABORATION; NASA/CXC/VILLANOVA UNIVERSITY

En 1998, dos equipos independientes de astrónomos descubrieron que la expansión del Universo se está acelerando, consistente con la presencia de una contribución uniforme de la energía oscura. Sin embargo, no se reconoció que los GEODE podían contribuir de esta manera. Con el formalismo corregido, Croker y Weiner mostraron que si una fracción de las estrellas más antiguas colapsaran en GEODEs, en lugar de agujeros negros, su contribución promediada hoy en día produciría naturalmente la energía oscura uniforme requerida.

Los resultados de este estudio también se aplican a los sistemas de estrellas dobles que colisionan observables a través de ondas gravitacionales por la colaboración LIGO-Virgo. En 2016, LIGO anunció la primera observación de lo que parecía ser un sistema de doble agujero negro que colisionaba. Se esperaba que existieran tales sistemas, pero el par de objetos era inesperadamente pesado, aproximadamente 5 veces más grande que las masas de agujeros negros pronosticadas en las simulaciones por computadora. Usando el formalismo corregido, Croker y Weiner consideraron si LIGO-Virgo está observando colisiones dobles de GEODE, en lugar de colisiones de doble agujero negro. Encontraron que los GEODE’s crecen junto con el universo durante el tiempo que precede a tales colisiones. Cuando se producen las colisiones, las masas resultantes de GEODE se vuelven de 4 a 8 veces mayores, de acuerdo con las observaciones de LIGO-Virgo.

Croker y Weiner tuvieron cuidado de separar su resultado teórico del apoyo observacional de un escenario GEODE, enfatizando que “los agujeros negros ciertamente no están muertos. Lo que hemos demostrado es que si los GEODES existen, pueden dar lugar fácilmente a fenómenos observados que actualmente carecen de explicaciones convincentes. Anticipamos muchas otras consecuencias observacionales de un escenario GEODE, incluyendo muchas maneras de excluirlo. Apenas hemos empezado a rascar la superficie”.

El estudio se publicó en la edición del 28 de agosto de 2019 de The Astrophysical Journal y está disponible en línea.

Vía phys

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