Los científicos encuentran la primera evidencia de que los agujeros negros son la fuente de energía oscura….
Las observaciones de agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias apuntan a una fuente probable de energía oscura: el 70% ‘perdido’ del universo.
Las mediciones de galaxias antiguas e inactivas muestran que los agujeros negros crecen más de lo esperado, alineándose con un fenómeno predicho en la teoría de la gravedad de Einstein. El resultado potencialmente significa que no se debe agregar nada nuevo a nuestra imagen del universo para dar cuenta de la energía oscura: los agujeros negros combinados con la gravedad de Einstein son la fuente.
La conclusión fue alcanzada por un equipo de 17 investigadores en nueve países, dirigido por la Universidad de Hawái e incluyendo físicos del Imperial College London y STFC RAL Space. El trabajo se publica en dos artículos en las revistas The Astrophysical Journal y The Astrophysical Journal Letters.
El coautor del estudio, el Dr. Dave Clements, del Departamento de Física de Imperial, dijo: “Este es un resultado realmente sorprendente. Comenzamos observando cómo crecen los agujeros negros con el tiempo, y es posible que hayamos encontrado la respuesta a uno de los mayores problemas de cosmología”.
El coautor del estudio, el Dr. Chris Pearson, de STFC RAL Space, dijo: “Si la teoría se mantiene, entonces esto va a revolucionar toda la cosmología, porque por fin tenemos una solución para el origen de la energía oscura que ha sido desconcertantes cosmólogos y físicos teóricos durante más de 20 años”.
Gravedad versus energía oscura
En la década de 1990, se descubrió que la expansión del universo se está acelerando: todo se está alejando de todo lo demás a un ritmo cada vez más rápido. Esto es difícil de explicar: la atracción de la gravedad entre todos los objetos del universo debería estar desacelerando la expansión.
Para explicar esto, se propuso que una ‘energía oscura’ era responsable de separar las cosas con más fuerza que la gravedad. Esto estaba relacionado con un concepto que Einstein había propuesto pero luego descartó: una ‘constante cosmológica’ que se oponía a la gravedad y evitaba que el universo colapsara.
Este concepto revivió con el descubrimiento de la expansión acelerada del universo, siendo su componente principal un tipo de energía incluida en el propio espacio-tiempo, llamada energía del vacío. Esta energía empuja al universo más lejos, acelerando la expansión.
Sin embargo, los agujeros negros plantearon un problema: es difícil oponerse a su gravedad extremadamente fuerte, especialmente en sus centros, donde todo parece romperse en un fenómeno llamado “singularidad”.
El nuevo resultado muestra que los agujeros negros ganan masa de manera consistente con ellos que contienen energía del vacío, proporcionando una fuente de energía oscura y eliminando la necesidad de que se formen singularidades en su centro.
Dolores de crecimiento del agujero negro
La conclusión se hizo al estudiar nueve mil millones de años de evolución de agujeros negros. Los agujeros negros se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de su vida. Cuando se encuentran en el centro de las galaxias, se denominan agujeros negros supermasivos. Estos contienen de millones a miles de millones de veces la masa de nuestro Sol dentro de ellos en un espacio comparativamente pequeño, creando una gravedad extremadamente fuerte.
Los agujeros negros pueden aumentar de tamaño al acumular materia, por ejemplo, tragando estrellas que se acercan demasiado o fusionándose con otros agujeros negros. Para descubrir si estos efectos por sí solos podrían explicar el crecimiento de los agujeros negros supermasivos, el equipo analizó datos que abarcan nueve mil millones de años.
Los investigadores observaron un tipo particular de galaxias llamadas galaxias elípticas gigantes, que evolucionaron temprano en el universo y luego quedaron inactivas. Las galaxias inactivas han terminado de formar estrellas, dejando poco material para que se acumule el agujero negro en su centro, lo que significa que cualquier crecimiento adicional no puede explicarse por estos procesos astrofísicos normales.
La comparación de las observaciones de galaxias distantes (cuando eran jóvenes) con galaxias elípticas locales (que son viejas y están muertas) mostró un crecimiento mucho mayor de lo previsto por acreción o fusiones: los agujeros negros de hoy son entre 7 y 20 veces más grandes que hace nueve mil millones. atrás.
Acoplamiento cosmológico
Otras mediciones con poblaciones relacionadas de galaxias en diferentes puntos de la evolución del universo muestran una buena concordancia entre el tamaño del universo y la masa de los agujeros negros. Estos muestran que la cantidad medida de energía oscura en el universo puede explicarse por la energía del vacío del agujero negro.
Esta es la primera evidencia observacional de que los agujeros negros en realidad contienen energía del vacío y que están ‘acoplados’ a la expansión del universo, aumentando en masa a medida que el universo se expande, un fenómeno llamado ‘acoplamiento cosmológico’. Si más observaciones lo confirman, el acoplamiento cosmológico redefinirá nuestra comprensión de lo que es un agujero negro.
El primer autor del estudio, Duncan Farrah, astrónomo de la Universidad de Hawái y ex doctor imperial. estudiante, dijo: “Realmente estamos diciendo dos cosas a la vez: que hay evidencia de que las soluciones típicas de los agujeros negros no funcionan para usted en una escala de tiempo muy, muy larga, y tenemos la primera fuente astrofísica propuesta para la energía oscura”.
“Lo que eso significa, sin embargo, no es que otras personas no hayan propuesto fuentes de energía oscura, sino que este es el primer artículo de observación en el que no estamos agregando nada nuevo al universo como fuente de energía oscura: agujeros negros en la teoría de Einstein. teoría de la gravedad son la energía oscura”.
References:
Duncan Farrah et al, A Preferential Growth Channel for Supermassive Black Holes in Elliptical Galaxies at z ≲ 2, The Astrophysical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/acac2e
The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb704.
