Físicos de la UCLA han propuesto nuevas teorías sobre cómo pudieron formarse los primeros agujeros negros del Universo y su papel en la producción de elementos pesados como el oro, el platino y el uranio. Dos artículos sobre su trabajo fueron publicados en la revista Physical Review Letters.
Una vieja pregunta en astrofísica es si los primeros agujeros negros del universo llegaron a existir menos de un segundo después del Big Bang o si se formaron sólo millones de años después, durante la muerte de las primeras estrellas.
Alexander Kusenko, profesor de física de la UCLA, y Eric Cotner, estudiante de postgrado de la UCLA, han desarrollado una nueva teoría convincentemente simple que sugiere que los agujeros negros podrían haberse formado muy poco después del Big Bang, mucho antes de que las estrellas comenzaran a brillar.
Los astrónomos han sugerido previamente que estos llamados agujeros negros primitivos podrían explicar toda o parte de la misteriosa materia oscura del universo y que podrían haber sembrado la formación de agujeros negros supermasivos que existen en los centros de las galaxias.
La nueva teoría propone que los agujeros negros originales podrían ayudar a crear muchos de los elementos más pesados encontrados en la naturaleza.
Los investigadores comenzaron considerando que un campo uniforme de energía impregnó el universo poco después del Big Bang. Después de que el universo se expandiera rápidamente, este campo de energía se habría separado en grupos. La gravedad haría que estos grumos se atrajeran y se fusionaran. Los investigadores de la UCLA propusieron que una pequeña fracción de estos grupos crecientes se volvían densos para convertirse en agujeros negros.
Su hipótesis es bastante genérica, dijo Kusenko en un comunicado, y no se basa en lo que él llamó las "improbables coincidencias" que sustentan otras teorías que explican los agujeros negros primordiales.
El artículo sugiere que es posible buscar estos agujeros negros primordiales usando observaciones astronómicas. Un método consiste en medir los cambios muy pequeños en el brillo de una estrella que resultan de los efectos gravitatorios de un agujero negro primordial que pasa entre la Tierra y esa estrella.
A principios de este año, los astrónomos estadounidenses y japoneses publicaron un artículo sobre el descubrimiento de una estrella en una galaxia cercana que se iluminaba y atenuaba precisamente como si un agujero negro primordial pasara delante de ella.Influyen en la formación del oro
En otro estudio, Kusenko, Volodymyr Takhistov, investigador postdoctoral de la UCLA, y George Fuller, profesor de UC San Diego, propusieron que los agujeros negros originales podrían desempeñar un papel importante en la formación de elementos pesados como el oro, la plata, el platino y uranio, que podría estar en curso en nuestra galaxia y otras.
El origen de esos elementos pesados ha sido un misterio para los investigadores. "Los cientícos saben que estos elementos pesados existen, pero no están seguros de dónde se están formando estos elementos", dijo Kusenko. "Esto ha sido muy embarazoso."
La investigación de la UCLA sugiere que un agujero negro primordial ocasionalmente choca con una estrella de neutrones -el remanente en giro de una estrella que permanece después de algunas explosiones de supernovas- y se hunde en sus profundidades.
Cuando esto sucede, dijo Kusenko, el agujero negro primordial consume la estrella de neutrones desde el interior, un proceso que toma unos 10.000 años. A medida que la estrella de neutrones se encoge, gira más rápido, causando eventualmente que pequeños fragmentos se separen y se alejen.
Esos fragmentos de material rico en neutrones pueden ser los sitios en los que los neutrones se funden
en elementos más pesados y más pesados, dijo Kusenko. Sin embargo, la probabilidad de que una estrella de neutrones capture un agujero negro es bastante baja, dijo Kusenko, lo cual es consistente con las observaciones de que sólo algunas galaxias están enriquecidas en elementos pesados.
La teoría de que los agujeros negros originales chocan con las estrellas de neutrones para crear elementos pesados también explica la ausencia observada de estrellas de neutrones en el centro de la galaxia de la Vía Láctea, un viejo misterio en la astrofísica.
Este invierno, Kusenko y sus colegas colaborarán con cientícos de la Universidad de Princeton en simulaciones por computadora de los elementos pesados producidos por una interacción estrella de nuetrones-agujero negro. Al comparar los resultados de esas simulaciones con observaciones de elementos pesados en galaxias cercanas, los investigadores esperan determinar si los agujeros negros originales son realmente responsables del oro, platino y uranio de la Tierra
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