Por primera vez, los científicos pueden haber descubierto evidencia indirecta de que grandes cantidades de materia oscura invisible rodean los agujeros negros. El descubrimiento, si se confirma, podría representar un gran avance en la investigación de la materia oscura.
Materia oscura constituye alrededor del 85% de toda la materia del universo, pero es casi completamente invisible para los astrónomos. Esto se debe a que, a diferencia de la materia que se compone de estrellas, planetas y todo lo que nos rodea, la materia oscura no interactúa con la luz y no se puede ver.
Afortunadamente, la materia oscura interactúa gravitacionalmente, lo que permite a los investigadores inferir la presencia de materia oscura al observar sus efectos gravitacionales en los «representantes» de la materia ordinaria. En la nueva investigación, un equipo de científicos de la Universidad de Educación de Hong Kong (EdUHK) utilizó estrellas que orbitan agujeros negros en sistemas binarios como estos proxies.
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El equipo observó cómo las órbitas de dos estrellas decaían, o se ralentizaban ligeramente, aproximadamente 1 milisegundo por año mientras se movían alrededor de sus agujeros negros acompañantes, designados A0620–00 y XTE J1118+480. El equipo concluyó que la desaceleración era el resultado de la materia oscura que rodeaba a los agujeros negros, lo que generaba una fricción significativa y un arrastre en las estrellas mientras giraban alrededor de sus compañeros de gran masa.
Usando simulaciones por computadora de los sistemas de agujeros negros, el equipo aplicó un modelo ampliamente utilizado en cosmología llamado modelo de fricción dinámica de materia oscura, que predice una pérdida específica de impulso en los objetos que interactúan gravitacionalmente con la materia oscura. Las simulaciones revelaron que las tasas observadas de descomposición orbital coincidían con las predicciones del modelo de fricción. La tasa observada de desintegración orbital es unas 50 veces mayor que la estimación teórica de aproximadamente 0,02 milisegundos de desintegración orbital por año para sistemas binarios que carecen de materia oscura.
«Este es el primer estudio que aplica el ‘modelo de fricción dinámica’ en un esfuerzo por validar y probar la existencia de materia oscura que rodea los agujeros negros». Chan Man Ho (se abre en una pestaña nueva)el líder del equipo y profesor asociado en el Departamento de Ciencias y Estudios Ambientales de EdUHK, dijo en un declaración (se abre en una pestaña nueva).
Los resultados del equipo, publicados el 30 de enero en Las cartas del diario astrofísico (se abre en una pestaña nueva), ayudar a confirmar una teoría de larga data en cosmología de que los agujeros negros pueden tragarse la materia oscura que se acerca lo suficiente a ellos. Esto da como resultado que la materia oscura se redistribuya alrededor de los agujeros negros, creando un «pico de densidad» en su vecindad inmediata que puede influir sutilmente en la órbita de los objetos circundantes.
Chan explicó que los intentos anteriores de estudiar la materia oscura alrededor de los agujeros negros se han basado en la emisión de luz de alta energía en forma de rayos gamma, u ondas en el espacio conocidas como ondas gravitacionales. Estas emisiones son el resultado de la colisión y la fusión resultante de los agujeros negros, un evento raro en el universo que puede hacer que los astrónomos esperen mucho tiempo para obtener datos suficientes.
Esta investigación brinda a los científicos una nueva forma de estudiar la materia oscura distribuida alrededor de los agujeros negros que puede ayudarlos a ser más proactivos en su búsqueda. El equipo de EdUHK tiene la intención de buscar sistemas binarios de agujeros negros similares para estudiar en el futuro.
«El estudio proporciona una nueva dirección importante para la futura investigación de la materia oscura», dijo Chan. «En el Via Láctea solo, hay al menos 18 sistemas binarios similares a nuestros sujetos de investigación, que pueden proporcionar información valiosa para ayudar a desentrañar el misterio de la materia oscura».