Thread by @BTeseracto

Gracias a las observaciones de Fritz Zwicky y de Vera Rubin se advirtió que la velocidad de rotación de las galaxias era demasiado rápida para su masa. Hay materia que no vemos, la materia oscura. ¿Podría esta materia ser en realidad agujeros negros primordiales? Veámoslo.

La idea es relativamente simple, la velocidad de rotación de las galaxias es demasiado rápida para la masa que se les estima, esto debería traducirse en que algunas partes de la galaxia deberían escapar de ella, pero no sucede.

Analizando la velocidad de los cuerpos y su órbita se hace patente que hay más masa de la que podemos percibir, es un misterio aún por resolver. Entre las hipótesis que se barajan encontramos la idea de que esta materia oscura esté compuesta por agujeros negros.

La idea no es descabellada pues en cierto modo cumpliría con las condiciones que necesitamos. Son cuerpos difíciles de detectar y que generarían la fuerza gravitatoria necesaria para compensar la velocidad de rotación de las galaxias.

Pero, debemos tener en cuenta que los agujeros negros, exceptuando los supermasivos de los núcleos galácticos, se forman cuando los núcleos de estrellas lo suficientemente masivas colapsan al terminar su combustible nuclear.

Para que existan agujeros negros en cualquier rango de masa necesitamos que, al menos en su mayoría, sean primordiales. Es decir, que se formaran justo después del Big Bang debido a inhomogeneidades, que fueran zonas con demasiada masa para expandirse y que colapsaron en ANs.

La idea es que estos ANs generen la fuerza gravitatoria que identificamos como materia oscura. Después de revisar la bibliografía que hemos podido encontrar os invitamos a lo que hemos bautizado como “La caza primordial del agujero negro salvaje”.

Para esta cacería primordial se han dividido todos los posibles ANs primordiales (PBH) según su masa y los han ido descartando uno tras otro. Veamos cómo de esta no se salvan ni los más ligeros.

Para empezar fuerte, todos aquellos con una masa de 500 000 millones de kilos, o menor, simplemente los podemos dar por evaporados a estas alturas debido a la radiación de Hawking. Posible contribución a la materia oscura = 0.

Los agujeros negros diez o cien veces más masivos aún pueden existir. No obstante, deberían de emitir radiación gamma con una intensidad suficientemente detectable en caso de que ser tan abundantes como para explicar la materia oscura.

Esta tarea corresponde al telescopio EGRET, por sus siglas en inglés Energetic Gamma Ray Experiment Telescope, situado en el espacio para intentar medir con el mínimo ruido posible.

EGRET no ha registrado esta radiación, por lo que se descarta que estos ANs puedan suponer más de un 1% de la materia oscura. Cosa que descarta los agujeros negros de masa menor a 10 elevado a 16 gramos.

Para agujeros negros entre cien y diez mil veces más masivos necesitamos otro efecto, y este es el llamado femtolensing. Este efecto se basa en el hecho de que la longitud de onda de las partículas emitidas por la radiación de Hawking es tan grande como el propio agujero negro.

Es decir, la longitud de la onda emitida es igual o más grande que el propio agujero negro. Esta peculiaridad unida al inmenso campo gravitatorio, genera patrones de interferencia medibles.

Y estas medias, o la carencia de ellas más bien, nos dicen que estos ANs solo pueden suponer un 10% de la materia oscura como máximo. No obstante, parece haber discrepancias en este punto (arxiv.org/abs/1807.11495).

Estos autores sostienen que estos ANs no son puntuales (tan pequeños que a efectos prácticos sean como puntos) sino que tienen cierto tamaño y, por tanto, esta técnica no es válida. Aun así, no dan evidencias de que la abundancia de estos ANs sea mayor de la esperada.

La medida de la abundancia que dan para agujeros negros entre esta masa y un millón de veces más masivos es mucho más divertida. Se parte de la suposición que de haber suficientes ANs con esta masa, estos terminarían por colisionar con las estrellas de neutrones.

Como no tenemos por costumbre ver estrellas de neutrones explotar y desaparecer, ponen un límite a la abundancia de estos ANs de manera que no pueden suponer, en el mejor de los casos, más de un 5% de la materia oscura. (arxiv.org/abs/1301.4984)

Para agujeros negros de entre cien y un millón de veces la masa de la Tierra la solución ha sido más simple. Estos ANs generarían un efecto de lente gravitatoria al pasar entre otras estrellas y nosotros.

Con esa idea en mente analizaron la luz de 7 millones de estrellas de la Gran Nube de Magallanes. El resultado: solo hallaron un candidato de los 39 necesarios (arxiv.org/pdf/astro-ph/0…). Es decir, no llega ni al 3% de lo necesario solo para esa galaxia.

Bueno, vale, ¿pero podrían ser aún más grandes? Podrían… De no ser por los rayos X emitidos por el gas absorbido por ellos durante las primeras eras del Universo, que habría modificado el fondo cósmico de microondas de forma medible.

Esto se ha medido con el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP3) y el COBE Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS) (arxiv.org/pdf/0709.0524.…).

Un resumen de la situación la hicieron los autores del artículo sobre la captura de estrellas de neutrones por los ANs (arxiv.org/abs/1301.4984). En la imagen puede verse como prácticamente todos los casos posibles han sido cubiertos.

En conclusión, a no ser que la física hasta ahora conocida resulte ser errónea, incluso juntando todas las estimaciones más optimistas los AN primordiales no explicarían ni 20% de la materia oscura.

“La caza primordial del AN salvaje” parece un éxito rotundo, aunque implique que esta hipótesis sobre la materia oscura quede prácticamente descartada. Desde luego es un buen ejemplo de cómo los resultados negativos pueden ser tan importantes como los positivos.