Avanzan en el estudio de agujeros negros primordiales
La joven astrónoma Catalina Casanueva, estudiante del doctorado de Astrofísica y miembro del centro CATA, lidera una investigación publicada en la prestigiosa revista EDP Sciences, que busca determinar la incidencia de los agujeros negros primordiales en la formación de materia oscura y si es factible la formación de estrellas.
photo_camera Este estudio permite explorar los agujeros negros primordiales, cuya existencia aún no está confirmada, y su posible influencia en la evolución del universo. (Crédito imagen: NASA/JPL-Caltech)
Los agujeros negros primordiales y su vinculación con la materia oscura, es el tema del artículo liderado por la joven astrónoma y candidata al doctorado de Astrofísica UC Catalina Casanueva, en la destacada revista EDP Sciences.
Ella es integrante del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) y forma parte del equipo de investigación de Patricia Tissera, profesora del Instituto de Astrofísica e investigadora Principal del área de Cosmología y Formación de Galaxias del CATA.
Este estudio permite explorar los agujeros negros primordiales, cuya existencia aún no está confirmada, y su posible influencia en la evolución del universo. Estos objetos son candidatos teóricos a la materia oscura, y su estudio profundiza nuestra comprensión tanto de ésta, como de la formación y evolución cósmica.
Como explica Catalina Casanueva: “Los agujeros negros primordiales no se forman por la muerte de una estrella, sino que se originan en el universo temprano, debido a las condiciones extremadamente densas y energéticas de esa época. Durante los primeros momentos, después del Big Bang, las fluctuaciones de densidad en el universo eran tan intensas que algunas regiones pudieron colapsar bajo su propia gravedad, formando estos agujeros negros. Son relevantes porque son candidatos a materia oscura, que constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo y determinar la naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores misterios de la astrofísica actual”.
Simulaciones del universo
Los agujeros negros primordiales solo pueden formar una fracción muy pequeña de la materia oscura; si fueran una parte significativa, alterarían drásticamente la formación de estrellas y galaxias. En el paper -en el que también son autores P. B. Tissera, N. Padilla, B. Liu, V. Bromm, S. Pedrosa, L. Bignone, and R. Dominguez-Tenreiro- se establece que lograron poner una restricción en la cantidad de materia oscura que podría estar compuesta por agujeros negros primordiales de una masa específica y crearon un modelo para simular cómo afectaría la presencia de éstos en el gas de la galaxia. Y a través de esto, determinar si es factible que se formen estrellas o no, según el modelo ocupado.
Los autores partieron de la base que agujeros muy masivos podrían generar mucha energía, calentar demasiado gas e inhibir la formación estelar. Ahora, al considerar agujeros muy pequeños, 10^{-12} masas solares, se tenía la idea de que no afectaría tanto, lo que justamente terminó resultando, pero a nivel intermedio no había mayores antecedentes.
Como el candidato que estudiaron fue un agujero negro de 33 masas solares, que coincide con una observación de un Merger (o fusión) de agujeros negros observable a través de ondas gravitacionales, quisieron ver si era factible que existieran galaxias y así ir estableciendo los límites.
“Hay astrónomos que imponen límites a la existencia de agujeros negros primordiales mediante observaciones, como a través del efecto de lente gravitacional. Sin embargo, nosotros nos enfocamos en estudiar los inicios del universo usando simulaciones. Estas nos permiten recrear las condiciones extremas del universo temprano y estudiar cómo los agujeros negros primordiales podrían haber afectado el gas y la formación de galaxias en esas etapas. Este tipo de análisis no se puede realizar con métodos observacionales debido a las enormes distancias y tiempos involucrados. A través de simulaciones, podemos explorar escenarios teóricos y entender mejor la influencia potencial de los agujeros negros primordiales en la evolución del universo, proporcionando una visión más completa de su impacto en la formación y desarrollo de estructuras cósmicas”, comenta Catalina Casanueva al desglosar el estudio publicado en EDP Sciences.
Como conclusión, al desarrollar este modelo, hicieron testeos y determinaron para distintas masas de agujeros negros, cuál sería la máxima fracción de materia oscura que podrían componer. Los de 1 masa solar no pueden constituir más del 1% de la materia oscura. Los de 33 y 100 masas solares no pueden constituir más del 0.1%
Nuevos pasos
Este modelo va a ser implementado en el programa o código GADGET, para generar simulaciones que permitan abrir opciones de estudio a otros investigadores. Los autores también están estudiando temas relativos a los agujeros negros primordiales, como el fondo de radiación que emiten.
Asimismo, Catalina Casanueva resalta la importancia de participar dentro del equipo del área de Cosmología y Formación de Galaxias, del CATA, junto a la profesora Patricia Tissera. “Es muy gratificante trabajar junto a grandes investigadores, participar de workshops donde exponer e intercambiar visiones con otros astrónomos, los que nos permite avanzar en estudios como éste de los agujeros negros primordiales”, concluye.
