Proponen que los agujeros negros supermasivos de los centros galácticos se formaron a partir del colapso de materia oscura y no de materia ordinaria.
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Según la teoría cosmológica estándar, todas las galaxias, estrellas y planetas que observamos están hechas de materia normal, pero no existirían si no fuera por la materia oscura.
La materia oscura, que suma una masa muy superior a la ordinaria, proporcionó el andamiaje sobre el que la materia ordinaria se fue acumulando por gravedad al poco de darse el Big Bang. De este modo se habría formado primero una estructura en forma de espuma o telaraña, con huecos y filamentos de materia oscura. La materia ordinaria habría remedado esa red atraída por la gravedad de la materia oscura.
Lo importante es darse cuenta de que la materia oscura no interacciona consigo misma y con la ordinaria, salvo gravitatoriamente. De este modo, no hay fuerzas que se opongan a su colapso gravitatorio. En un universo en expansión la materia oscura colapso la primera y muy rápido comparado con la ordinaria. Digamos que esto permitió dar tiempo a la ordinaria para colapsar gravitatoriamente, pese a la oposición de la interacción entre lo gases, disipando energía en el proceso. Sin la materia oscura quizás la ordinaria no hubiera tenido tiempo de colapsar y formar estructuras.
En aquella época la materia ordinaria no era más que gas de hidrógeno y helio, pero a partir de ellos se formaron estrellas que generaron otros elementos. Las estrellas, en sus sucesivas generaciones, no están distribuidas al azar, ni siquiera en esa telaraña cósmica, sino que forman galaxias y son estas las que se distribuyen por ella. De hecho, primero se agregaría la materia que formó las galaxias y luego se formarían las estrellas, una vez alcanzada cierta densidad de materia.
Además, algo que da estructura a una galaxia es el agujero supermasivo de su un interior que, hasta el momento, se asumía que se formaba a partir de materia ordinaria.
Ahora un estudio teórico pone en duda que estos agujeros negros supermasivos se formen a partir de materia ordinaria, sino que se formarían a partir de materia oscura. Esos agujeros negros se formarían en las zonas de alta densidad de materia oscura, en lugar de darse en las zonas de alta densidad de materia ordinaria de los centros galácticos.
El problema es que la formación de los agujeros negros supermasivos es una de las grandes incógnitas de la Cosmología, pues ya existían al cabo de 800 millones de años tras el Big Bang. No es fácil explicar que se formaran tan rápido.
Según los modelos de formación habituales, los agujeros negros se forman a partir de materia bariónica normal. En este caso de los agujeros negros supermasivos iniciales de hidrógeno y helio.
Según la idea propuesta en este estudio, el protonúcleo galáctico estaría formado por materia oscura y estaría rodeado por un halo de materia oscura mucho menos densa. Esta materia oscura del centro galáctico colapsaría por gravedad y produciría un agujero negro supermasivo una vez alcanzado cierto umbral de concentración de materia.
La ventaja de este nuevo modelo es que el colapso en agujero negro se da mucho más rápido que con los modelos de materia ordinaria. De hecho, existirían antes que las propias galaxias y luego sería la materia ordinaria la que se vería atrapada por esa gravedad y se formaría la galaxia.
La verdad es que es una idea plausible, la materia oscura, al no interaccionar, encuentra menos problemas a la hora de concentrarse y colapsar en un agujero negro y, además, sería la materia oscura la primera en concentrase en el Universo primitivo por esta misma razón.
Este nuevo escenario ofrece, por tanto, una explicación más natural y no requiere de formación estelar previa o de la necesidad de invocar semillas de agujero negro ni ritmos de acreción no realistas.
Además, recordemos que un agujero negro formado a partir de materia oscura es indistinguible de otro hecho a partir de materia ordinaria.
Una consecuencia del nuevo modelo es que la masa crítica para el colapso en agujero negro puede que no sea alcanzada para halos de materia oscuro más pequeños, como ocurre en las galaxias enanas. Así que los autores predicen que debe de haber galaxias enanas con un centro de materia oscura en lugar del esperado agujero negro supermasivo. Ese núcleo de materia oscura puede imitar el efecto gravitatorio de un agujero negro central convencional, mientras que el halo de materia oscura exterior puede seguir explicando la curva de rotación de la galaxia.
Estas distribuciones de un núcleo de materia oscura más un halo del mismo material permanecería estable durante la vida del Universo. Es decir, desde el inicio hasta la actualidad, por lo que se podría ver en la actualidad.
Los autores esperan que otros estudios arrojen más luz sobre la formación de agujeros negros supermasivos en las etapas tempranas del Universo y que se investigue si en los centros de galaxias no activas como la nuestra los núcleos de materia oscura juegan algún papel.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Preprint en ArXiv. [3]
Ilustración: Wikimedia Commons/Quantum squid88