Test para agujeros negros primordiales
Predicen cómo sería la distribución de masas de agujeros negros a partir de la transmutación de estrellas de neutrones mediada por agujeros negros primordiales.
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Los experimentos y las observaciones son la «selección natural» a la que se ven sometidas las ideas científicas. Sin ellos hay una gran proliferación de hipótesis sobre las que no se puede elegir.
Hasta el advenimiento en 2017 de los datos procedentes de los detectores de ondas gravitacionales, no teníamos una manera eficiente de obtener observaciones que nos guiaran en ciertos campos, como el de los agujeros negros. Pero ahora se puede empezar a explorar el origen de estos objetos y ver si están relacionados con la materia oscura y saber así su naturaleza.
Estos interferómetros, como LIGO, detectan las ondas gravitacionales procedentes de la colisión de objetos compactos como agujeros negros y estrellas de neutrones. Gracias a estas ondas del propio espacio-tiempo se puede inferir la masa de los objetos que colisionan entre otros datos.
De vez en cuando la colaboración LIGO-Virgo nos da sorpresas con agujeros negros de masa inesperada. Uno de esos casos fue el evento GW190814, en el cual había involucrado un objeto de 2,6 masas solares. Si asumimos que es un agujero negro y no una estrella de neutrones, ¿de dónde viene?
El problema es que los agujeros negros del orden de la masa del Sol son particularmente misteriosos, pues no es de esperar que provengan de la evolución estelar tras un estallido de supernova, como ocurre en los agujeros negros de masa superior y de hasta 65 masas solares.
Esos agujeros negros se deben de producir por otros mecanismos diferentes a la evolución estelar. O bien son agujeros negros negros primordiales formados al principio del Universo o se han formado tras la transmutación de estrellas de neutrones al ingerir un agujero negro primordial.
La existencia o no de agujeros negros primordiales es importante porque podría explicar toda o parte de la materia oscura, constituyente del Universo que todavía no está explicado.
El proceso de transmutación es interesante. Una estrella de neutrones, que es un objeto ya de por sí muy denso, engulle un agujero negro de baja masa relativa. Este se va al centro de la estrella y empieza a consumir la materia del interior de la estrella hasta que esta desaparece por entero en el interior del agujero negro (ver gráfico de cabecera). Así, aunque el agujero negro primordial tenga una masa baja, termina adquiriendo una masa igual a la masa de la estrella de neutrones más su masa inicial. Es decir, al final se tiene un agujero negro con una masa de orden de la masa solar.
Este proceso puede producir en el Universo una población de agujeros negros de masa solar, incluso aunque los agujeros negros primordiales sean ligeros.
Otras formas de materia oscura también se pueden acumular en el interior de estrellas de neutrones hasta que colapsen bajo su propio peso y formen agujeros negros de la misma gama de masas.
Un nuevo estudio liderado por investigadores del Instituto Kavli propone un test para investigar el origen de los agujeros negros de masa solar y discernir su origen.
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Según este trabajo, las estrellas de neutrones transmutadas según el proceso antes mencionado deben producir agujeros negros que sigan la distribución de masas de las estrellas de neutrones originales. Como esta distribución de masas es de esperar que tenga un pico en las 1,5 masas solares, es improbable que agujeros negros de masa similar a la del Sol formados a partir de estrellas de neutrones y materia oscura sean mucho más pesados que esas 1,5 masas solares.
Esto sugiere que los eventos como GW190814 que detecte LIGO, si son efectivamente agujeros negros, deben tener su origen en agujeros negros primordiales.
El mismo equipo internacional de investigadores también demostró que la trasmutación de estrellas de neutrones por pequeños agujeros negros primordiales puede conducir a una gran variedad de señales observables y puede ayudarnos a comprender problemas astronómicos, como el origen de elementos pesados y el exceso observado de rayos gamma de 511 keV, como el procedente del centro de nuestra Galaxia.
Obviamente, un evento único no hace una buena estadística y habrá que esperar a nuevos datos de LIGO y otros interferómetros para poder ver si esta predicción es acertada o no.
Si al final se demostrara la existencia de los agujeros negros primordiales afectaría drásticamente la comprensión que tenemos del Universo.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Preprint en ArXiv.
Esquema: Takhistov y colaboradores.
2 Comentarios
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miércoles 17 marzo, 2021 @ 8:26 pm
Quedé sorprendido porque el proceso fuese que el AN se introdujese en la ENP y la devorase desde dentro. Hice la media de las masas de las EN (no ponderada que es lo que debiera ser porque ni yo, desde luego, ni creo que nadie lo pueda saber, aunque quizá alguien haya podido establecer algún %- el caso es que me sale para las EN una masa de 1,725 masas solares y para los ANP, 2×10^(-12), dada la insignificancia relativa de los más pequeños. Entonces resulta que una EN es 0,86 billones de veces más masiva que un ANP. O sea casi un billón de veces más masiva.
Así, antes de que el ANP consiga meterse en la EN, habrá debido girar, más o menos como la Tierra lo hace alrededor del Sol. Y como es tan densa ya en su corteza, penetrará en la menor densidad del interior del HS, hasta llegar a las proximidades de su centro, o al centro mismo y, en su recorrido, dentro ya, comenzará a incorporar la masa de la EN a la suya. Pero, puesto que es tan inmensa la diferencia, para llegar a los 2,6 masas soleares -por lo jondo del caso- ha tenido que tragarse muchos millones de EN durante su vida. ¿Es eso posible? Si suponemos un ANP de 4×10^(-12), para alcanzar la masa de 2,6 precisa incorporar nada menos que más de medio billón de EN, concretamente 6,5×10^11. Por tanto han de tragarse en un periodo de menos de 13,800 MA. O sea, casi cincuenta (47) cada año, por lo que ha de haber innumerables de ambos objetos que no podemos ver, cada uno por su razón. ¡ASOMBROSO! -salvo que mis cuentas sean collares, como suele suceder.
jueves 18 marzo, 2021 @ 9:34 am
La primera frase de mi comentario contiene dos errores. Donde dice AN debe decir ANP, y donde escribo ENP, debe decir EN. Es que cambié de sitio la P.
Mil perdones.
O sea que el universo -el cielo y las estrellas para los griegos y hasta no hace tanto, inmutable- resulta ser un hervidero de inmensos acontecimientos.
Sigo asombrado.