La mayoría de la materia en el universo no emite luz, o por lo menos es tan poca que es actualmente indetectable. Sin embargo, sabemos que está ahí porque su gravedad mantiene a las estrellas y galaxias en sus órbitas. Casi todo el mundo piensa que esta llamada materia oscura está hecha de partículas subatómicas hasta ahora desconocidas. Los físicos tienen la esperanza de que van a encontrar a una candidata en las colisiones del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, cerca de Ginebra, Suiza.¿Pero podríamos haber concebido a la materia oscura de forma errada? Mike Hawkins cree que sí. Él cree que en lugar de partículas, lo que llamamos materia oscura es en realidad legiones de agujeros negros creados poco después del Big Bang.
Es una afirmación muy controvertida. Sin embargo, Hawkins, que es un astrónomo del Observatorio Real de Edimburgo, en el Reino Unido, cree que tiene evidencia convincente reunida a través de años de observaciones. Si tiene la razón, cambiaría radicalmente nuestra visión del cosmos. "Vivimos en un universo dominado por agujeros negros", dice.
La historia se remonta a 1975, cuando Hawkins empezó a monitoriar una parte del cielo del sur, noche tras noche, utilizando el telescopio Schmidt del Reino Unido en Siding Springs en Australia. Después de cinco años, además de las estrellas que estaba buscando, se encontró con algo inesperado: miles de objetos que brillaban y oscurecían muy lentamente.Resultaron ser los cuásares, los núcleos súper brillante de las galaxias recién nacidas en el borde del universo.
Sin embargo, Hawkins estaba perplejo. Los quásares están alimentados por la materia que brilla ferozmente cuando se arremolina en un agujero negro supermasivo típicamente miles de millones de veces la masa del sol. Su luz varía, por ejemplo, cuando las estrellas son destrozadas por la enorme gravedad del agujero negro. Estos brotes hacen que los cuásares brillen y se oscurezcan en pocos días, no en años y décadas, como Hawkins encontró.
Se preguntó si la variabilidad se debía a un fenómeno llamado microlente. Si sucede que un cuerpo masivo pasa entre nosotros y el quasar, su gravedad curvea la luz del quasar y la magnifica. Tal vez esa fué la causa de la variación de la luz, en lugar de ser algo intrínseco del propio cuásar. ¿Fue suficiente para explicar la variación de una década que Hawkins estaba viendo?.
la luz desde un distante cuasar es curvada por la gravedad de una galaxia masiva para producir 2 brillantes imágenes , la apariencia de estas imágenes depende de otros objetos que esten presentes en las cercanías como por ejemplo los agujeros negros los cuales tambien curvean la luz y hacen de que siga un camino en particular originándo diferencias en el aspecto de las imágenes lenteadas.
Sus cálculos demostraron que ello podría indicar que los cuerpos que pasan por delante del cuásar tenían una masa más o menos la del sol. Entonces, ¿qué podrían ser estos masivos cuerpos, microlentes?
La respuesta obvia es estrellas. Sin embargo, se descartaron por una razón de peso que se remonta a los primeros minutos después del Big Bang. El universo es como es ahora, porque desde entonces ha consistido en una cierta proporción de fotones a protones y neutrones, que se conocen colectivamente como bariones.
Podemos decir que esta proporción viene del fondo cósmico de microondas – la radiación remanente del Big Bang. Resulta que de alli se desprende que puede haber a lo sumo el doble de bariones en el universo de lo que vemos formándo estrellas y galaxias. Ese es un problema para las micro-lentes de la luz de los quásares, porque para ver el efecto en cada quasar, significa que los cuerpos que doblan la luz a su alrededor deberían sumar más del doble el número de bariones de lo que vemos en el universo. "Simplemente no hay suficiente materia bariónica de las lentes para ser estrellas ordinarias", dice Hawkins. "Ellos deben ser la materia oscura."
El argumento bariónico excluye a muchos otros candidatos posibles que pertenecen a la familia de los llamados MACHO`s, o grandes objetos astrofísicos compactos del halo. El nombre MACHO's se utiliza para cualquier cuerpo oscuro que podría explicar la materia oscura, e incluye a estrellas de neutrones, agujeros negros y estrellas tan pequeñas que dan poca o ninguna luz.
Pero si todo lo que está hecho de materia ordinaria se descarta, eso deja a Hawkins con un solo candidato: pequeños agujeros negros que pesan alrededor de la masa del sol y no mucho más grande que una aldea. Stephen Hawking de la Universidad de Cambridge y otros han dicho que estos podrían haberse formado de manera espontánea cuando el universo tenía aproximadamente 1 / 100000 segundos de edad.
En aquel momento, los componentes básicos de la materia conocidos como quarks pasaron de ser libre a condensarse, como gotas que se forman en el vapor. Las "gotas" eran protones, neutrones y una gran cantidad de otras partículas subatómicas que sólo se pueden crear en las colisiones entre partículas de alta energía en la actualidad.
Este proceso habría originado aisladas regiones súper-densa de partículas que podrían haberse contraído en virtud de su gravedad para formar agujeros negros primordiales. "La masa característica de estos agujeros es de aproximadamente la masa de una estrella", dice Hawkins. "Exactamente lo que se requiere para ser candidatos a microlentes de los quasars ".
Hawkins ha tenido momentos difíciles convenciéndo a otros astrónomos. Aunque nadie sabe de qué? la materia oscura está hecha la mayoría de los investigadores ahora favorecen a las partículas llamadas neutralinos, que son bastante diferentes de la materia bariónica común. Una razón es que nuestras teorías más prometedoras de la física de partículas señalan a los neutralinos como la materia oscura. Otra es que una búsqueda de gran alcance para los MACHO's finalizó sin resultados.
Durante un período de siete años, un equipo internacional llamado la Colaboración MACHO's monitorió 3 millones de estrellas en las galaxias satélites de la Vía Láctea, las Grande y Pequeña Nubes de Magallanes, para ver si habían señales de los MACHO's. La lógica era simple. La materia oscura en nuestra galaxia, se cree que tiene la forma de un gran halo esférico. Si el halo está compuesto de MACHO's, entonces de vez en cuando uno va a pasar por delante de una estrella en una de las galaxias satélite y actuará como microlentes de su luz.
Los resultados no fueron prometedores para los agujeros negros. El equipo vio sólo 17 eventos de microlentes(ver aquí) -y concluyó que los MACHO's – cualquier cosa que ellos sean - son menos del 20 por ciento de la masa del halo. Posteriores, sondeos han reportado un porcentaje aún menor (ver aquí). Hawkins, sin embargo, cree que los resultados fueron interpretados erróneamente y que los eventos de microlente son consistentes con un halo compuesto completamente de MACHO's."Hay muchas incertidumbres con estos proyectos, incluyendo la estructura del halo y la eficiencia de detección", dice.
Él señala a varias líneas de evidencia a favor de los agujeros negros primordiales. Para empezar, todos coinciden sin duda en que la luz de los quásares varía en períodos de varios años. A veces, la luz de un quásar es lenteada por una galaxia intermedia masiva, y esta puede curvar la luz a lo largo de varios caminos para formar varias imágenes del cuásar. Si la variación de la luz es intrínseca al quasar, cualquier cambio en una sola imagen debe ir acompañada de un cambio idéntico en las demás.
Aunque esto se ve ocasionalmente, las imágenes con más frecuencia varían de forma independiente. "Esto sólo puede explicarse por micro-lente", dice Hawkins, quién describe cómo un agujero negro primordial puede inclinar el camino de la luz que pasa a formar una imagen, pero no las otras (ver diagrama).
Una segunda línea de evidencia proviene de la escala de tiempo con el que la luz brilla y se oscurece. Si esto es una característica del propio quasar, entonces los quásares más lejanos deberían variar sobre un más largo período que los más cercanos. Esto se debe a que las cosas suceden más lentamente para objetos distantes, un efecto llamado dilatación del tiempo.
Pero de acuerdo con el análisis de Hawkins, no hay diferencia en la variabilidad entre los cuásares distantes y más cercanos."Esto es compatible con la variación que es causada por micro-lentes", dice, "y no es compatible con cualquier tipo de variación intrínseca".
Bernard Carr de la Universidad Queen Mary de Londres comparte el entusiasmo de Hawkins para agujeros negros primordiales. "Creo que sus resultados merecen una consideración seria", dice.
Sin embargo, no importa cuánta evidencia Hawkins presente, se enfrenta a un problema. Los cuásares son bestias complejas, y nuestra falta de comprensión de ellos deja una amplia puerta abierta a otras teorías alternativas. Por ejemplo, algunas han sugerido que la variabilidad podría deberse a los cambios en la velocidad con la cual la materia fluye hacia el agujero negro. "Es difícil saber cómo contrarrestar ese argumento infalsificable", dice Hawkins.
La Hipótesis de Hawkins, por otro lado, es falsable. Si uno de los muchos experimentos en busca de partículas de materia oscura cósmica encuentra alguna, entonces será el final para los agujeros negros primordiales. Hasta el momento hay algunas afirmaciones interesantes. La más antigua proviene de investigadores que trabajan en el experimento DAMA, en el laboratorio Gran Sasso subterráneo en Italia. Afirmaron en el año 2000 que habían encontrado evidencia de partículas de materia oscura lloviéndo sobre la Tierra. Una versión mejorada de su experimento continúa mostrando tal evidencia. Un segundo experimento llamado COGENT, en el fondo de la mina Soudan, en Minnesota, también afirma haber visto el efecto (ver aquí).
Ambas afirmaciones son controvertidas, sin embargo, varios otros experimentos no han podido ver nada. "Si esto se mantiene, entonces la materia oscura está hecha de partículas y de hecho yo estaría equivocado", reconoce Hawkins.
Lo que realmente se necesita es una observación aguda, pero que no será fácil. Si el halo está compuesto de agujeros negros primordiales, habrá miles de millones de ellos, en gran medida superando a las estrellas de la galaxia. Pero estarán separados al menos a 40 años luz de distancia - diez veces la distancia entre el Sol y su vecino más cercano, Alpha Centauri y a esto se añadiría su pequeño tamaño - menos de 3 kilómetros de diámetro – por lo tanto la búsqueda de un halo de agujeros negros es peor que buscar una aguja en un pajar.
La mejor manera de encontrar los agujeros negros, en forma indirecta, es en otro sondeo de micro-lentes. "La tragedia del experimento de la Colaboración MACHO's es que se detuvo demasiado pronto", dice Hawkins. "Realmente necesitamos iniciar la búsqueda de nuevo."
Si tiene razón, y la masa estelar de los agujeros negros da cuenta de la materia oscura del universo, ellos no necesariamente habrían sido creados en el universo primitivo. Carr y su colega Alan Coley de la Universidad Dalhousie en Halifax, Nueva Escocia, Canadá, han estado examinando modelos que tienen al universo pasándo por una serie de big bangs y big Crunchs . En estos, los agujeros negros creados en un momento anterior podrían sobrevivir a estos rebotes repetidos y aún estar con nosotros en la actualidad (ver aquí). "Macroscópicos agujeros negros que sobrevivieron al último ciclo del universo serían observacionalmente indistinguibles de los que se formen en este ciclo", dice Carr."Así que de hecho podrían inducir lentes en los quasares".
Durante mucho tiempo hemos sospechado que la materia oscura es muy diferente a todo lo que nos encontramos aquí en la Tierra. Tal vez mucha de ella no se formó, incluso en nuestro universo.
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21128262.200-really-dark-matter-is-the-universe-made-of-holes.html
