El mundo académico está lleno de modelos teóricos, algunos con cientos de años, que tratan de explicar los diferentes procesos que dieron inicio a la creación del universo. El marco cosmológico más aceptado en el mundo es el denominado “materia fría oscura”, conocido con las siglas ACDM, que básicamente trata de explicar cómo ha sido la evolución del universo desde sus inicios y cómo se fueron generando los distintos elementos que lo componen.

Este modelo cosmológico se basa en la Teoría de la Relatividad General  de 1915, desarrollada por el físico Albert Einstein, y en la Teoría Cuántica de Campos. Según se explica, el universo comienza su expansión tras el Big Bang, un estado de altísima densidad y temperatura. Cabe destacar que, las teorías físicas actuales, no pudieron explicar las condiciones del universo, tanto las  previas y las del inicio a la expansión del universo. Daniela Pérez, investigadora del Conicet en el IAR y primera autora del estudio publicado en la revista científica Physical Review; elaboró junto a otro investigador del mismo instituto, una teoría que postula qué tipo de objetos podrían sobrevivir a esa etapa de contracción y rebote del universo

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 “Si tenemos un universo ya formado, con galaxias, planetas, agujeros negros, y el resto de los elementos que lo componen, que se empieza a contraer, éste pasaría a ser un lugar mucho más caliente y denso, y las estructuras se empezarían a desarmar”, informa Pérez. La especialista asegura que, de ser así, ya no habría estrellas, planetas y galaxias, sino una especie de fluido cada vez más caliente: “Nosotros nos preguntamos si existe algún tipo de objeto capaz de sobrevivir a esa pérdida de estructura, atravesar el rebote y emerger intacto en la fase de expansión en la que nos encontramos ahora. Nuestros candidatos eran los agujeros negros, porque son regiones del espacio-tiempo desconectadas del resto del universo que no están formados por partículas, átomos o electrones; son solo espacio-tiempo”, agrega.

El primer trabajo referido a este tema fue publicado por Pérez en 2021, en colaboración con Gustavo Romero, investigador del CONICET y director del IAR, y Santiago Pérez Bergliaffa, investigador argentino en la Universidad del Estado de Río de Janeiro (UERJ), Brasil. La autora señala que “las soluciones exactas clásicas de agujeros negros no toman en cuenta que estos están embebidos en el universo y, por ende, sienten los cambios dinámicos que tienen lugar en él. Entonces recurrimos a soluciones de ecuaciones de campo de Einstein más complejas, conocidos como espacio-tiempos de McVittie, que sí incorporan esa característica”.

Según el análisis de este primer modelo, los agujeros negros no logran sobrevivir a un escenario de contracción y rebote porque el horizonte de eventos de estos objetos desaparece al quedar asociada al horizonte cosmológico. El informe asegura que este tipo de estudios tiene implicancias en la rama de la física que estudia el universo (cosmología moderna), ya que, entre otras cosas, podrían permitir entender por qué los agujeros negros de millones de masas solares, lograron reunir tanta masa en el período que lleva el proceso de expansión cosmológica.

“En el segundo estudio que realizamos junto al doctor Romero, en lugar de usar la métrica de McVittie utilizamos lo que se llama la métrica generalizada de McVittie, que es más compleja matemáticamente y que muestra una mejor interacción del horizonte de eventos de los agujeros negros con la dinámica del universo”. Este nuevo trabajo permitió comprobar por primera vez que los agujeros negros sobreviven intactos al rebote cosmológico: cuando el universo se contrae, ellos se contraen, atraviesan el rebote y pasan a la etapa de expansión en la que recuperan y aumentan nuevamente su masa.

La importancia de la investigación

Según los especialistas, si este modelo que admite la supervivencia de los agujeros negros al paso por el rebote, es una aproximación correcta al universo real, estos objetos podrían desempeñar un papel importante en la fase de expansión. “Esto tiene implicancias con relación a varios problemas de la cosmología actual”, destaca Pérez. La explicación y origen de la materia oscura, es uno de ellos. “Nosotros sugerimos que parte de la materia oscura podría estar formada por estos agujeros negros que vienen de una etapa anterior del universo. Deducimos la presencia de la materia oscura porque observamos cómo afecta la dinámica de otros cuerpos, características que también tienen los agujeros negros”, explica la científica.

La materia oscura es el componente principal del universo que debe su nombre a la falta de generación de emisión de luz, por lo que no puede ser observada directamente y solo es posible deducir su presencia mediante la acción que ejerce sobre la dinámica de las galaxias y los distintos cuerpos celestes que sí pueden ser observados.