La búsqueda de la materia oscura sigue siendo uno de los grandes desafíos de la astrofísica contemporánea. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC) ha abordado uno de los candidatos más intrigantes en esta búsqueda: los agujeros negros primordiales (PBHs, por sus siglas en inglés). La investigación, que ha sido publicada en el servidor de preprints arXiv, ofrece nuevas perspectivas sobre cómo estos objetos podrían haber influido en la formación de las primeras estrellas del universo.
En el estudio del universo temprano, la aparición de las primeras estrellas representa un hito crucial. Conocidas como estrellas de Población III, se caracterizan por ser completamente libres de metales, ya que los procesos de fusión que generan elementos más pesados no habían tenido lugar. Aunque nunca se han observado directamente, los científicos han podido simular su formación y el entorno en el que surgieron, lo que es fundamental para comprender la evolución del cosmos.
El papel de los agujeros negros primordiales
Los PBHs son considerados como uno de los principales candidatos para componer o interactuar con los halos de materia oscura en los que se piensa que se formaron estas primeras estrellas. El estudio de los investigadores de UCSC utiliza un avanzado software de simulación llamado GIZMO, que permite modelar dos componentes esenciales del universo temprano: la hidrodinámica y la gravedad de múltiples cuerpos. Estos elementos son cruciales para entender cómo el gas y el polvo impactaron la formación de las estrellas iniciales.
Los hallazgos del estudio indican que los PBHs podrían desempeñar dos roles distintos en la formación estelar. En primer lugar, si los PBHs son masivos (equivalentes a 100 o más veces la masa del sol), podrían actuar como semillas que aceleran la formación de estrellas. Este proceso se produce al aumentar la intensidad de las fluctuaciones de densidad en el universo, lo que genera más halos de materia oscura y, por ende, más lugares adecuados para la formación estelar. Este resultado es especialmente interesante, ya que sugiere que las primeras estrellas podrían haber surgido mucho antes de lo que los modelos actuales predicen.
Por otro lado, los PBHs de menor masa (con alrededor de 10 veces la masa del sol) presentan un papel más complejo. Si su número es escaso, estos agujeros negros podrían suprimir la formación estelar al provocar un calentamiento tidal que aumenta la temperatura del gas, impidiendo que se enfríe y colapse en estrellas. Sin embargo, si hay una abundancia de estos pequeños PBHs, su atracción gravitacional conjunta podría también acelerar la formación estelar, actuando como centros de gravedad en torno a los cuales se aglutinan el gas y el polvo.
Las simulaciones realizadas abren nuevas vías para interpretar los datos que se obtendrán en el futuro sobre las primeras estrellas. Si se descubre que estas se formaron en épocas tempranas, podría deberse tanto a la presencia de PBHs masivos como a la existencia de numerosos agujeros negros más pequeños. En contraste, si se determina que estas estrellas se formaron más tarde, esto podría validar la hipótesis de que los PBHs pequeños desempeñan un papel crucial en la materia oscura.
El telescopio espacial James Webb se presenta como la mejor herramienta para recopilar los datos necesarios para verificar estas teorías, aunque necesita obtener el tiempo de observación adecuado para enfocarse en este tipo de investigación. Al mismo tiempo, otros observatorios, como el Square Kilometer Array (SKA), podrían revolucionar la cosmología del hidrógeno neutro, permitiendo observar más allá en el tiempo del universo para detectar cuándo se encendieron las primeras estrellas.
