Según una teoría cosmológica que sugiere que el universo puede “rebotar” entre fases de contracción y expansión, el Big Bang podría no haber sido el comienzo del universo. Si esa teoría es cierta, podría tener profundas implicaciones sobre la naturaleza del cosmos, incluidos dos de sus componentes más misteriosos: los agujeros negros y la materia oscura.

Teniendo esto en mente, un estudio reciente sugiere que la materia oscura podría estar compuesta por agujeros negros formados durante una transición desde la última contracción del universo a la fase de expansión actual, que ocurrió antes del Big Bang. Si esta hipótesis se cumple, las ondas gravitacionales generadas durante el proceso de formación de los agujeros negros podrían ser detectables por futuros observatorios de ondas gravitacionales, lo que proporcionaría una forma de confirmar este escenario de generación de materia oscura.

Las observaciones de los movimientos estelares en las galaxias y el fondo cósmico de microondas (un resplandor del Big Bang) indican que aproximadamente el 80% de toda la materia del universo es materia oscura , una sustancia que no refleja, absorbe ni emite luz. A pesar de su abundancia, los científicos aún no han identificado de qué está hecha la materia oscura.

En el nuevo estudio, los investigadores exploraron un escenario en el que la materia oscura consiste en agujeros negros primordiales formados a partir de fluctuaciones de densidad que ocurrieron durante la última fase de contracción del universo, poco antes del período de expansión que observamos ahora. Publicaron sus hallazgos en junio en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

El cosmos rebotando

La visión cosmológica tradicional del universo sugiere que comenzó a partir de una singularidad, seguida de un breve período de expansión extremadamente rápida, llamada inflación. Sin embargo, los autores del nuevo estudio analizaron una teoría más exótica, conocida como cosmología de rebote de materia no singular, que postula que el universo primero atravesó una fase de contracción. Esta fase terminó con un rebote debido al aumento de la densidad de materia, lo que llevó al Big Bang y a la expansión acelerada que observamos hoy.

En esta cosmología de rebote, el universo se contrajo hasta alcanzar un tamaño aproximadamente 50 órdenes de magnitud menor que el actual. Después del rebote, nacieron los fotones y otras partículas, lo que marcó el Big Bang. Cerca del rebote, la densidad de materia era tan alta que se formaron pequeños agujeros negros a partir de fluctuaciones cuánticas en la densidad de la materia, lo que los convirtió en candidatos viables para la materia oscura.

» Los agujeros negros primordiales pequeños pueden formarse durante las primeras etapas del universo y, si no son demasiado pequeños, su desintegración debido a la radiación de Hawking [un fenómeno hipotético en el que los agujeros negros emiten partículas debido a efectos cuánticos] no será lo suficientemente eficiente como para deshacerse de ellos, por lo que seguirían existiendo ahora», dijo a Live Science en un correo electrónico Patrick Peter , director de investigación del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia, que no participó en el estudio. «Al pesar más o menos la masa de un asteroide , podrían contribuir a la materia oscura, o incluso resolver este problema por completo».

Los cálculos de los científicos muestran que las propiedades de este modo de universo, como la curvatura del espacio y el fondo de microondas, coinciden con las observaciones actuales, lo que respalda su hipótesis.

Para seguir probando sus predicciones, los investigadores esperan hacer uso de observatorios de ondas gravitacionales de próxima generación. Los científicos calcularon las propiedades de las ondas gravitacionales producidas durante la formación de los agujeros negros en su modelo y descubrieron que podrían ser detectadas por futuros observatorios gravitacionales como la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA ) y el Telescopio Einstein . Estas detecciones podrían confirmar si los agujeros negros primordiales son en realidad materia oscura; sin embargo, podría pasar más de una década antes de que cualquiera de las dos instalaciones vea su primera luz.

«Este trabajo es importante en el sentido de que proporciona una forma natural de formar agujeros negros pequeños pero aún presentes que generan materia oscura en un marco que no es el habitual, basado en la inflación», dijo Peter. «Otros trabajos investigan actualmente el comportamiento de estos pequeños agujeros negros alrededor de las estrellas, lo que podría conducir a una forma de detectarlos en el futuro».