Los agujeros negros son comedores de todas las cosas, incluso la radiación. Pero, ¿qué pasaría si su apetito rapaz tuviera un efecto secundario inesperado? Un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters sugiere que los agujeros negros pueden arrojar energía oscura, y que podrían ayudar a explicar un conflicto intrigante entre las diferentes mediciones del universo.
La energía oscura es la fuerza que impulsa la expansión acelerada del universo. Nadie sabe lo que es, pero se cree que impregna todo. En la teoría propuesta en el nuevo estudio, la energía oscura también es algo que surge de las estrellas muertas y, por lo tanto, no existía en el universo hasta que las estrellas estaban cerca para comenzar a morir. Aunque la idea es controvertida, es un ejemplo destacado de un intento recientemente energizado de comprender cómo funciona la energía oscura, si cambia con el tiempo y si nuestra contabilidad cósmica puede estar apagada.
“Veo este documento de agujeros negros como una entrada interesante en este creciente canon de personas que prueban:” ¿Qué pasa si agrego estas físicas, que concilian estas tensiones? “, Dice Jessie Muir, física de la Universidad de Cincinnati.
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Factor de azúcar cósmico
La historia comienza con Albert Einstein, cuya teoría de la relatividad general predijo la existencia de agujeros negros. En ese momento, también pensó que el universo era estático, que no se combinaba con su teoría de la gravedad; En sus ecuaciones, todo debería haberse agrupado en una gran gota. Debido a que no fue así, a Einstein se le ocurrió un factor de dulce de azúcar cósmico llamado “constante cosmológica” para describir una fuerza persistente y omnipresente que mantuvo las cosas estables. En 1929, cuando los astrónomos descubrieron que el universo realmente se estaba expandiendo, Einstein dejó caer la constante.
Avance rápido tres cuartos de siglo. En 1998, los astrónomos se dieron cuenta de que no solo se estaba expandiendo el universo, sino también que este crecimiento se aceleró, un hecho que podría explicarse por una fuerza persistente y omnipresente. La constante de Einstein había regresado, y los cosmólogos han estado tratando de entenderlo desde entonces.
Esta energía oscura, que Einstein etiquetó con la letra griega Lambda, se supone que durante mucho tiempo es inmutable y confiable a través del tiempo. Aun así, los cosmólogos han aprendido que la energía oscura era menos influyente en el pasado de lo que es ahora. Al principio, la radiación era el factor más importante que afectaba el crecimiento del universo del bebé. En la Edad Media Cósmica, la materia dominó ese proceso, tanto la materia regular, que incluye estrellas, ballenas y nosotros, y materia oscura, que no podemos ver o describir. Hoy el crecimiento del universo está más influenciado por la energía oscura. Pero el papel cambiante de Dark Energy hace que sea más difícil estudiar a través del tiempo.
“Todo el problema con la energía oscura es que solo se volvió importante, como ayer”, dice Zach Weiner, físico del Instituto Perimetern de Ontario.
Sorpresa de Desi
Estudiar cómo la energía oscura ha evolucionado a través del tiempo es un objetivo del instrumento espectroscópico de energía oscura (DESI), que mide galaxias y ondas de sonido del universo temprano. Encaramado en una montaña llamada Iolkam Du’ag en Arizona, Desi usa el Observatorio Nacional Kitt Peak para analizar objetos que estaban cerca cuando el universo era menos de la mitad de su tamaño actual. Los astrónomos combinan estas mediciones con otros estudios de distribución de energía oscura y materia, incluidas las mediciones de la encuesta de energía oscura (DES) de supernovas y mapas de la luz de fondo de microondas cósmico que queda del amanecer del universo. En 2024 y 2025, los resultados del experimento DESI mostraron que las galaxias parecen estar separadas menos de lo que deberían ser si la fuerza de la energía oscura era constante durante el tiempo cósmico. Pero si la energía oscura es cambiante, no puede ser la constante cosmológica. Cuando los resultados de Desi se combinan con los otros conjuntos de datos, la imagen se ve aún peor. Pero Lambda, o energía oscura constante, es un paradigma central del modelo estándar de cosmología, que hasta ahora ha resistido casi cualquier prueba.
Ingrese agujeros negros. La nueva hipótesis sobre ellos es una de varias ideas novedosas que los teóricos han estado proponiendo desde esta primavera, cuando se publicaron los últimos resultados de DESI.
Los físicos Kevin Croker de la Universidad de Arizona y Greg Tarlè de la Universidad de Michigan, dos de los coautores del nuevo estudio de hipótesis de Black Hole, dicen que los resultados de DESI pueden interpretarse como una señal de que la materia se convierte en energía oscura dentro de los agujeros negros. Dicho de otra manera, los agujeros negros son básicamente pequeñas burbujas de energía oscura. Einstein encontraría esta noción familiar: la energía y la masa son equivalentes, como mostró (E = MC2), y se pueden convertir entre sí. Las primeras estrellas se habrían colapsado en agujeros negros supermasivos, que de alguna manera crearon energía oscura a medida que crecían.
Este escenario podría ayudar a responder dos preguntas especialmente difíciles, Tarlè señala: ¿Por qué la energía oscura se muestra ahora, en esta época en nuestra historia cósmica? ¿Y por qué la densidad de la energía oscura está tan cerca de la densidad de la materia regular, una coincidencia extrañamente ordenada? Él dice que estos agujeros negros acoplados cosmológicamente podrían responder a ambos misterios.
“¿Por qué ahora? Las estrellas tenían que formar y formar agujeros negros, y esos agujeros negros tenían que crecer, y todo lo demás tenía que diluirse”, dice. “¿Y por qué está cerca de la densidad de la materia en la actualidad? Tenías que convertir la materia en energía oscura en agujeros negros, y luego tuvo que crecer. La energía oscura surgió de la materia”.
El modelo se alinea con mediciones recientes de la tasa de formación de estrellas en el universo temprano, y también satisface un problema extraño con partículas fantasmales conocidas como neutrinos.
Los neutrinos no tienen carga y no interactúan con la materia regular. Vienen en tres sabores que pueden oscilar entre sí mientras viajan. Los físicos saben que los neutrinos tienen masa porque han medido las diferencias entre los sabores de neutrinos variables como las identidades de flip-flop neutrinos. Pero nadie conoce la masa precisa de cada sabor; Podemos medir la diferencia entre ellos, pero no sus valores individuales. Sin embargo, las medidas de DESI y otras encuestas no dejan mucho espacio para neutrinos masivos, lo que sugiere que está desactivada alguna contabilidad cósmica.
Croker y Tarlè dicen que los agujeros negros que hacen energía oscura permiten una masa regordeta de neutrinos.
Escépticos de agujeros negros
Aún así, la idea de los agujeros negros que convierten la masa en energía oscura sigue siendo controvertida. Varios investigadores dijeron que eran escépticos sobre el análisis de Croker y Tarlè.
“Es interesante que esto pueda adaptarse a los datos”, dice Muir, quien no estaba involucrado en la teoría. “Es interesante echar un vistazo a lo que hace a la masa de neutrinos [limits]. Es un punto a favor de que tal vez esto no sea algo que descartar ”. Pero ella y otros dudaban en decir más.
La presencia de agujeros negros acoplados cosmológicamente no es la única explicación potencial nueva para los resultados de DESI. Otra idea principal sugiere que la energía oscura es una especie de campo de fluido, llamado quintaesencia, que temporalmente “descongela” en el universo posterior después de estar bajo control. Otro describe una energía oscura “emergente” que habría sido varantemente rara o indetectable en la historia cósmica temprana, pero aparece en el pasado reciente. Y algunos equipos están trabajando en la energía oscura “Mirage”, que modifica los modelos para reproducir la distancia al fondo de microondas cósmico. Kushal Lodha, del Instituto de Astronomía y Ciencias del Espacio de Corea, y varios colegas recientemente publicaron una preimpresión en el servidor arxiv.org que examinó varias versiones de estas teorías y descubrió que estudiar modelos de física de fluidos podría ser un camino prometedor.
Mientras tanto, otros equipos buscan en otra parte de la oscuridad para nuevas ideas. Vitor Petri, de la Universidad Federal de Espírito Santo en Brasil, dirigió recientemente un estudio publicado en arxiv.org como una preimpresión que argumenta que las interacciones potenciales entre la energía oscura y la materia oscura explican los hallazgos de DESi mejor que el modelo estándar de cosmología.
Todas las nuevas ideas podrían ser una señal de que los teóricos están más inclinados a creer el resultado de Desi y buscan cada vez más formas de interpretar lo que significa, dice Weiner.
Según Croker, la idea de los agujeros negros como burbujas de energía oscura se ha debatido durante unas décadas, pero muchos cosmólogos lo descartaron o cuestionaron el análisis detrás de él. Croker ha estado publicando investigaciones sobre tales agujeros negros desde 2019 con varios colegas. Su argumento clave es que el material que viaja cerca de la velocidad de la luz, sin importar donde esté en el universo, estaría vinculado a la tasa de expansión del universo. Argumentaron que las masas de agujeros negros crecieron dramáticamente durante el tiempo cósmico, de maneras que no podían explicarse por las típicas teorías de crecimiento de los agujeros negros. Pero este crecimiento tiene sentido si los agujeros negros de alguna manera burbujearán la energía oscura en sus corazones. En un Croker en papel, Tarlè y Duncan Farrah, físico de la Universidad de Hawai en Manoa, publicado en 2023, los investigadores calcularon que la energía oscura combinada producida por la tasa de crecimiento de las primeras estrellas en el universo coincide con la cantidad de energía oscura que vemos hoy. Pero varios otros científicos criticaron ese trabajo.
Sin embargo, Croker y sus colegas continuaron su investigación, especialmente cuando se dieron cuenta de que la teoría podría ayudar a explicar los nuevos hallazgos de DESI. Varios miembros de la colaboración Desi firmaron como coautores del nuevo artículo de Black Hole, que se publicó en agosto. Croker dice que los colegas están cada vez más interesados esta vez.
“Así es como funciona la ciencia. Tienes que construir el caso”, dice.
Mientras que Croker y sus colegas continúan ese proceso, no todos están de acuerdo en que los resultados de energía oscura Desi son precisos para empezar. Katie Freese, física de la Universidad de Texas en Austin, es una crítica destacada de las mediciones de DESI. Ella tiene problemas con algunas de las decisiones en el análisis DESI, incluida la forma en que describe dos valores para la energía oscura que pueden explicar la forma en que la energía oscura cambia con el tiempo. Pero en el caso, Desi muestra de manera concluyente que la energía oscura varía con el tiempo, dice, la explicación de Croker es intrigante.
“No estoy convencido de que la evidencia todavía esté allí”, dice ella. “No voy a decir que está mal, pero todavía es tentativo. Así que definitivamente estoy interesado en escuchar lo que proviene de esto”.
Weiner es escéptico de que los agujeros negros sean productores de energía oscura. Argumenta que el modelo en el nuevo artículo está incompleto. Weiner también dice que vale la pena explorar una variedad de teorías que pueden explicar los aparentes hallazgos de DESI. Él cree que se pueden encontrar más pistas al jugar con una variedad de modelos que describen la materia oscura y las pruebas si interactúa con la energía oscura de alguna manera.
Mientras los físicos continúan desarrollando nuevas ideas, Freese dice que espera que haya una manera de demostrar que la energía oscura, Lambda, la constante de Einstein, la ruina de la existencia de los teóricos, es de hecho un cambio. Abriría la puerta a la nueva física y las nuevas interpretaciones de todo lo que creemos que hemos conocido desde Einstein.
“Eso”, dice ella, “sería mucho más divertido que tenerlo una constante”.