Observaciones de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias apuntan a una posible fuente de energía oscura, el 70% 'ausente' del Universo.
Las medidas realizadas en galaxias antiguas e inactivas muestran que los agujeros negros crecen más de lo esperado, lo que coincide con un fenómeno predicho en la teoría de la gravedad de Einstein. El resultado podría significar que no hay que añadir nada nuevo a nuestra imagen del Universo para explicar la energía oscura: los agujeros negros combinados con la gravedad de Einstein son la fuente.
A esta conclusión ha llegado un equipo de 17 investigadores de nueve países, dirigido por la Universidad de Hawai e integrado por físicos del STFC RAL Space y del Imperial College de Londres. El trabajo se publica en dos artículos en las revistas The Astrophysical Journal y The Astrophysical Journal Letters.
El coautor del estudio, el Dr. Chris Pearson, del STFC RAL Space, declaró: "Si la teoría se cumple, esto va a revolucionar toda la cosmología, porque por fin tenemos una solución para el origen de la energía oscura, que ha dejado perplejos a cosmólogos y físicos teóricos durante más de 20 años".
El coautor del estudio, el Dr. Dave Clements, del Departamento de Física del Imperial, afirmó: "Se trata de un resultado realmente sorprendente. Empezamos estudiando cómo crecen los agujeros negros con el tiempo, y puede que hayamos encontrado la respuesta a uno de los mayores problemas de la cosmología".
En los años 90 se descubrió que la expansión del Universo se está acelerando: todo se aleja de todo a un ritmo cada vez más rápido. Esto es difícil de explicar, ya que la atracción de la gravedad entre todos los objetos del Universo debería ralentizar la expansión.
Para explicarlo, se propuso que una "energía oscura" era la responsable de separar las cosas con más fuerza que la gravedad. Esto se relacionó con un concepto que Einstein había propuesto, pero que más tarde descartó: una "constante cosmológica" que se oponía a la gravedad y evitaba que el Universo se colapsara.
Este concepto revivió con el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo, cuyo principal componente es un tipo de energía incluida en el propio espaciotiempo, denominada energía del vacío. Esta energía empuja al Universo a separarse aún más, acelerando la expansión.
Sin embargo, los agujeros negros planteaban un problema: su fortísima gravedad es difícil de contrarrestar, sobre todo en su centro, donde todo parece romperse en un fenómeno llamado "singularidad".
El nuevo resultado muestra que los agujeros negros adquieren masa de un modo coherente con el hecho de que contengan energía del vacío, lo que proporciona una fuente de energía oscura y elimina la necesidad de que se formen singularidades en su centro.
Para llegar a esta conclusión se han estudiado nueve mil millones de años de evolución de los agujeros negros. Los agujeros negros se forman cuando las estrellas masivas llegan al final de su vida. Cuando se encuentran en el centro de las galaxias, se denominan agujeros negros supermasivos. Contienen en su interior millones o miles de millones de veces la masa de nuestro Sol en un espacio comparativamente pequeño, lo que crea una gravedad extremadamente fuerte.
Los agujeros negros pueden aumentar de tamaño acumulando materia, por ejemplo tragándose estrellas que se acercan demasiado, o fusionándose con otros agujeros negros. Para averiguar si estos efectos pueden explicar por sí solos el crecimiento de los agujeros negros supermasivos, el equipo analizó datos que abarcan nueve mil millones de años.
Los investigadores se fijaron en un tipo concreto de galaxias denominadas galaxias elípticas gigantes, que evolucionaron a principios del Universo y luego quedaron inactivas. Las galaxias inactivas han terminado de formar estrellas, dejando poco material para que el agujero negro de su centro se acumule, lo que significa que cualquier crecimiento posterior no puede explicarse por estos procesos astrofísicos normales.
La comparación de observaciones de galaxias lejanas (cuando eran jóvenes) con galaxias elípticas locales (que son viejas y están muertas) mostró un crecimiento mucho mayor que el predicho por la acreción o las fusiones: los agujeros negros actuales son entre 7 y 20 veces mayores que hace nueve mil millones de años.
Otras mediciones con poblaciones relacionadas de galaxias en distintos puntos de la evolución del Universo muestran una buena concordancia entre el tamaño del Universo y la masa de los agujeros negros. Esto demuestra que la cantidad de energía oscura medida en el Universo puede explicarse por la energía de vacío de los agujeros negros.
Se trata de la primera prueba observacional de que los agujeros negros contienen realmente energía del vacío y de que están "acoplados" a la expansión del Universo, aumentando su masa a medida que éste se expande, un fenómeno denominado "acoplamiento cosmológico". Si otras observaciones lo confirman, el acoplamiento cosmológico redefinirá nuestra comprensión de lo que es un agujero negro.
El primer autor del estudio, Duncan Farrah, astrónomo de la Universidad de Hawai y antiguo estudiante de doctorado del Imperial, afirmó: "En realidad estamos diciendo dos cosas a la vez: que hay pruebas de que las soluciones típicas de los agujeros negros no funcionan en una escala de tiempo muy, muy larga, y que tenemos la primera fuente astrofísica propuesta para la energía oscura".
Lo que esto significa no es que otras personas no hayan propuesto fuentes de energía oscura, sino que éste es el primer trabajo observacional en el que no estamos añadiendo nada nuevo al Universo como fuente de energía oscura: los agujeros negros en la teoría de la gravedad de Einstein son la energía oscura".
