Pensándolo bien...

No cabe duda de que uno se los problemas más sobresalientes y ya acuciantes en la Física contemporánea es la naturaleza de la materia oscura. Todo parece indicar que debe existir y no en forma anecdótica, dado que se le requiere ser unas cinco veces más abundante que la materia ordinaria, visible. Y dado que no hay una distribución uniforme en el Universo, en nuestra Galaxia puede ser que alcance una dimensión hasta quince veces superior a la materia conocida.

La dificultad estriba en que no es posible detectarla, al interactuar muy débilmente con la materia usual. La única excepción que abre una ventana hacia su identificación es la gravedad. Constituye un misterio y no faltan las voces que se alzan proponiendo nuevas partículas elementales desconocidas que la justifiquen. Lo cierto y verdad es que ningún experimento ha permitido encontrar las partículas que pudieran justificar la existencia de la materia oscura. La materia oscura representa aproximadamente el 85% de toda la masa en el universo, pero su naturaleza exacta sigue siendo un misterio, ya que no emite ni refleja luz y solo se manifiesta a través de su interacción gravitacional con la materia visible

Los agujeros negros parece que pueden ser objetos que pueden ayudar a explicar la materia oscura. Ya se supera el centenar de fusiones de agujeros negros detectados a partir de 2015, en que se realizó por primera vez. Los detectados suelen ser más pesados que nuestro Sol, aunque los identificados en nuestra Galaxia se sitúan entre 5 y 10 masas solares. Hay grandes diferencias entre los grupos que podemos intuir, de nuestra Galaxia y fuera de ella. Las instalaciones LIGO y VIRGO han permitido acceder a este tipo de experimentos al tener sensibilidad para detectar ondas gravitacionales. La lejanía de algunos agujeros negros detectados permite asignarlos a los primordiales, formados en un Universo incipiente. La especulación se sitúa en que los agujeros negros primordiales podrían acaparar una parte importante si no casi totalmente, la materia oscura del Universo. La característica de que no emiten luz dificulta la comprobación de cualquier teoría que se formule.

La Teoría de la relatividad evidenció que objetos masivos pueden hacer deflexionar a la luz que alcanza la proximidad de aquéllos. Son las famosas lentes gravitacionales, propuestas por primera vez en 1980 para estos efectos, por el astrofísico polaco Bohdan Paczyski. Si un objeto muy masivo, como un agujero negro se ve alcanzado por objetos muy masivos, como son las Galaxias o los agujeros negros deben magnificarse e incrementar el brillo de las que lo tengan. El efecto lente incrementará el brillo en proporción a la masa del objeto que genera la lente, lo que se traduce en un aumento del brillo de los cuerpos situados detrás de ellos. Se estima que la lente gravitacional de un agujero negro que supere 100 masas solares podría durar varios años.

Se han llevado a cabo muchos experimentos con lentes gravitacionales desde 1980. Se han llegado a escrutar hasta 80 millones de estrellas próximas a la Gran Nube de Magallanes. No coinciden las expectativas con lo que se encuentra. El equipo del Dr. Przemek Mróz, de la Universidad de Varsovia, ha publicado dos artículos en Nature and the Astrophysical Journal Supplement en los que evidencia que la materia oscura debe poder explicarse mediante los agujeros negros. La propuesta más popular desde que los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo han encontrado una población de agujeros negros significativamente más masivos (entre 20 y 100 masas solares) que los conocidos previamente en la Vía Láctea (entre 5 y 20 masas solares), ha encaminado el argumento a que dicha diferencia en las poblaciones de agujeros negros ha llevado a especular que algunos de estos agujeros negros masivos podrían ser primordiales y constituir parte de la materia oscura. Para investigar esta posibilidad, el equipo de OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) observó durante 20 años casi 80 millones de estrellas en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia cercana, buscando eventos de microlente gravitacional. Como hemos dicho este fenómeno ocurre cuando un objeto masivo (como un agujero negro) pasa frente a una estrella, desviando y magnificando su luz debido a su campo gravitacional. 

Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E

La cantidad de estos eventos puede indicar cuántos agujeros negros hay en el Universo y qué papel podrían desempeñar en la materia oscura. Los resultados del estudio fueron sorprendentes. Si toda la materia oscura estuviera compuesta por agujeros negros de diferentes masas (10, 100 o 1000 veces la masa del Sol), cabría esperar entre 27 y 258 eventos de microlente gravitacional. Sin embargo, solo se encontraron 13 eventos, que pudieron ser explicados por poblaciones estelares ya conocidas en la Vía Láctea o en la propia Gran Nube de Magallanes. Esto indica que los agujeros negros no pueden representar una fracción significativa de la materia oscura y, al mismo tiempo, explicar la tasa de fusiones de agujeros negros observada por LIGO y Virgo.

La conclusión de estos estudios es que la posibilidad de que los agujeros negros primordiales expliquen la materia oscura es muy pequeña. Los resultados sugieren que se precisan otras teorías sobre la naturaleza de la materia oscura, como la existencia de partículas subatómicas desconocidas, que deben seguir siendo exploradas, ya que los agujeros negros no son una explicación suficiente. Estos hallazgos han tenido un gran impacto en la comunidad científica y se espera que sean una referencia clave en la investigación de la materia oscura durante las próximas décadas. La materia oscura, sigue estando oscura.

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