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Materia oscura y agujeros negros

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Materia oscura y agujeros negros

Área: Espacio — Lunes, 5 de Abril de 2010
Según un teórico la materia oscura podría estar constituida por agujeros negros primordiales de tamaño intermedio.
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La verdad es que el tema de la materia oscura, además de empezar a ser demasiado cansado y traer de cabeza a los especialistas, no parece tener fin, principalmente por falta de una solución clara.
Las pruebas sobre la existencia de tan exótica masa se acumulan, pero las pruebas que indican de qué se trata brillan por su ausencia. Después de haberse gastado mucho dinero en complejos y ultrasensibles métodos de detección de partículas débilmente interactuantes (o WIMPs) enterrados a miles de metros de profundidad no ha aparecido señal alguna que se pueda interpretar como la presencia inequívoca de tales partículas. De una cosa estamos seguros, y es que la materia oscura no está compuesta por materia ordinaria (bariónica). Si la materia oscura estuviera compuesta por WIMPs tales partículas sería sin duda especiales, no podrían interaccionar con la materia ordinaria (incluidos los fotones de luz), serían eléctricamente neutras, tendrían larga vida y se moverían despacio. Estos requerimientos dejan poco margen a los físicos de Altas Energías para proponer posibles candidatas. 
¿Y si las cosas fuesen más sencillas que todo eso? ¿Y si no hay partículas exóticas y tal materia oscura está compuesta por agujeros negros?
Paul Frampton de University of North Carolina propone que la materia oscura estaría compuesta de agujeros negros de masa intermedia, ni tan pequeños como para que se evaporen por radiación Hawking y muestren así su existencia, ni muy grandes como para que sean evidentes.
Para justificar su idea este teórico utiliza un argumento de plausibilidad basado en la entropía. Primero calcula la entropía que habría si el Universo visible en su conjunto fuera un inmenso agujero negro y obtienen un valor que sería un límite superior a la entropía total: 10123 (utilizan una definición de la entropía adimensional que obtienen dividiendo la entropía normal por la constante de Boltzmann).
Después calcula un límite inferior a la entropía del Universo teniendo en cuenta todos los agujeros negros calculados, incluyendo los agujeros negros supermasivos de los centros galácticos. Entonces llega a otro número: 10103, que es una diferencia en 20 órdenes de magnitud respecto al anterior.
Recordemos que los grandes contribuyentes a la entropía del Universo son precisamente los agujeros negros supermasivos, como ya vimos hace no tanto en estas misma páginas. La entropía de un agujero negro depende del área de su horizonte de sucesos y para el caso de este tipo de agujeros negros se tienen horizontes con un diámetro del orden del tamaño del Sistema Solar.
Por otro lado la materia ordinaria tiene una contribución a la entropía total del orden de sólo 1088 en las mencionadas unidades.
Según este investigador hay margen de maniobra suficiente como para que otros agujeros negros contribuyan con más entropía. En este punto se puede estimar la masa de dichos agujeros negros. Si tuvieran una masa mayor de 106 masas solares hubieran impedido la formación de galaxias en el Universo primitivo. Si tuvieran menos de 10-8 masas solares se evaporarían y veríamos su radiación Hawking. Por tanto, esos hipotéticos agujeros negros tienen que tener una masa intermedia entre esas dos.
El problema surge a la hora de explicar su mecanismo de formación. Este autor propone que, ya que la actual teoría inflacionaria no lo permite, quizás hubo dos periodos inflacionarios. El primero daría lugar a las estructuras a gran escala del Universo que vemos hoy. El segundo dio lugar a agregados de materia que terminaron por formar agujeros negros primordiales de tamaño intermedio.
Lo bonito de esta idea es que se podría refutar experimentalmente. Si tales agujeros negros existen deberían causar fenómenos de microlente gravitatoria (¿alguien se acuerda de los MACHO?) y enfocar la luz de estrellas lejanas situadas detrás de ellos. Conforme la precisión en este tipo de medidas aumente lo suficiente podremos decir que tampoco la materia oscura está hecha de agujeros negros primordiales medianos. O bien resolver el misterio de una vez.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3061
Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv 1.
Artículo en ArXiv 2.
Foto: imagen de una simulación del espacio-tiempo alrededor de una agujero negro. Fuente: Caltech.

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Thalia