Uno de los misterios más fundamentales y curiosos del universo es el hecho de que algo existe. Esto se debe a que durante el Big Bang, se deberían haber creado cantidades iguales de partículas de materia y antimateria; la antimateria es como lo “opuesto” de la materia regular, lo que significa que está formada por antiprotones y antielectrones. Y cuando las partículas de materia y antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente.
Eso significa que en un universo dividido en materia y antimateria, grandes estructuras como galaxias, estrellas, planetas, lunas e incluso nuestros cuerpos deberían tener dificultades para existir. Por lo tanto, alguna peculiaridad temprana del universo debe haber eliminado la antimateria y permitido que prosperara un cosmos dominado por la materia. Desde hace algún tiempo, los científicos han estado buscando intensamente evidencia de lo que podría ser este tipo de evento.
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“Los agujeros negros primordiales son agujeros negros hipotéticos que se formaron poco después del Big Bang debido a fluctuaciones extremas de alta densidad en el universo temprano. Son buenos candidatos para ser las semillas de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias masivas, así como de agujeros negros de masa intermedia en los centros de cúmulos globulares”, dijo Poplawski a Space.com. “Hay otros modelos de eliminación de antimateria, pero todos asumen algo de física más allá del Modelo Estándar de física de partículas.
“La asimetría de masa entre materia y antimateria fue sorprendente, pero inmediatamente me sugirió que podría ser una causa simple y natural del desequilibrio observado entre materia y antimateria en el universo”.
¿Fue la antimateria un lastre en el universo anterior?
Poplawski explicó cómo también existen procesos desconocidos que violan el equilibrio entre una familia de partículas llamadas bariones y sus contrapartes de antimateria, los antibariones.
“La asimetría de masa y la asimetría de captura de agujeros negros resultante produjeron el desequilibrio materia-antimateria en el universo observable sin violar la conservación del número bariónico e invocar nueva física más allá del Modelo Estándar”, explicó Poplawski.
El investigador dice que debido a que las partículas de antimateria son más masivas que las partículas de materia, durante la producción de pares en el universo temprano, las partículas de antimateria eran más lentas que las partículas de materia correspondientes.
“Debido a que la probabilidad de captura gravitacional de una partícula masiva por un agujero negro aumenta a medida que disminuye su velocidad, las partículas de antimateria fueron capturadas por los agujeros negros a velocidades mayores que las partículas de materia correspondientes”, dijo Poplawski. “La antimateria faltante cayó en agujeros negros primordiales y lo que no cayó fue aniquilado por la materia”.
Esto podría explicar otro problema en cosmología que se ha vuelto apremiante desde que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) comenzó a detectar agujeros negros supermasivos alrededor de 500 millones de años después del Big Bang. Esto es un problema porque anteriormente se pensaba que el proceso de fusión y alimentación que permite que los agujeros negros supermasivos crezcan hasta alcanzar masas de millones, o incluso miles de millones de veces la del Sol, tardaba al menos mil millones de años en concretarse. Por lo tanto, ver agujeros negros supermasivos antes de que el universo tuviera mil millones de años presenta un enigma considerable.
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Poplawski cree que al engullir antimateria, los agujeros negros primordiales podrían haber adelantado estos procesos de crecimiento.
“Los agujeros negros primordiales consumieron más antimateria que materia, y como la antimateria era mucho más pesada que la materia, los agujeros negros primordiales aumentaron enormemente sus masas”, dijo. “Esto podría explicar cómo los agujeros negros supermasivos observados recientemente en el universo primitivo han crecido tan rápidamente”.
Por supuesto, queda un largo camino por recorrer antes de que esta teoría sea aceptada por la comunidad científica en general. Una cosa que podría ayudar a su aceptación es obtener evidencia observacional de la existencia de agujeros negros primordiales, que desde que Stephen Hawking los propuso por primera vez en la década de 1970, han seguido siendo frustrantemente hipotéticos.
“Los agujeros negros primordiales habrían existido en el universo primitivo, que actualmente es muy difícil de investigar. Espero que en el futuro se puedan utilizar ondas gravitacionales y neutrinos para probar esta hipótesis”, dijo Poplawski. “Además, podría haber experimentos futuros que prueben si las partículas de materia y antimateria pueden tener masas ligeramente diferentes en densidades más altas o distancias más pequeñas en comparación con las que se están investigando actualmente. “De hecho, algunos experimentos recientes demostraron que los mesones y antimesons se desintegran de manera diferente. Esta diferencia podría estar relacionada con la asimetría de masa entre materia y antimateria”.
La investigación de Poplawski está disponible en el repositorio de artículos preimpresos arXiv.