Investigadores del Centro de Investigación del Universo Temprano (RESCEU) y del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU, WPI) de la Universidad de Tokio han logrado avances significativos en nuestra comprensión del universo temprano.

Al aplicar la teoría cuántica de campos, un marco típicamente utilizado para estudiar objetos muy pequeños, al universo primitivo, concluyeron que había muchos menos agujeros negros en miniatura de lo que se pensaba anteriormente.

Formación de PBH

Los agujeros negros primordiales (PBH), que se cree que se formaron poco después del Big Bang, son fuertes candidatos para albergar materia oscura. La materia que constituye la mayor parte de la masa del universo.

“Es interesante también por otras razones, ya que desde la reciente innovación en la astronomía de ondas gravitacionales, se han descubierto fusiones binarias de agujeros negros, lo que podría explicarse si los PBH existen en grandes cantidades”. dijo el estudiante graduado Jason Christiano. Aunque teóricamente es abundante, la observación directa de PBH sigue siendo inaccesible.

Christian, junto con su supervisor, el profesor Junichi Yokoyama, director de Kavli IPMU y RESCEU, examinaron diferentes modelos de formación de PBH. Descubrieron que los principales modelos no coincidían con las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación sobrante del Big Bang. Si una teoría no concuerda con observaciones sólidas, no puede ser completamente precisa.

Usando la teoría cuántica de campos

Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque para perfeccionar el modelo principal de formación de PBH durante la inflación cósmica, la rápida expansión del universo inmediatamente después del Big Bang. Esta modificación concuerda mejor con las observaciones actuales y puede probarse más utilizando datos provenientes de observatorios de ondas gravitacionales de todo el mundo.

“Al principio, el universo era increíblemente pequeño, mucho más pequeño que el tamaño de un solo átomo”, dijo Yokoyama. “La inflación cósmica se expandió rápidamente en un factor de 25. En ese momento, las ondas que viajaban a través de un espacio tan pequeño habrían tenido amplitudes relativamente grandes pero longitudes de onda muy cortas.

Yokoyama explicó que grupos coherentes de ondas cortas tempranas pueden reconstruir ondas mucho más grandes, una idea que ayuda a alinear la teoría con las observaciones actuales. Esto sugiere que pequeñas fluctuaciones tempranas podrían influir en las fluctuaciones a gran escala observadas en el CMB, cambiando nuestra comprensión de la estructura del universo.

Este nuevo modelo sugiere que el número de PBH debe ser mucho menor de lo que se pensaba anteriormente, lo que pone en duda la idea de que sean un componente importante de la materia oscura. Sin embargo, los observatorios mundiales de ondas gravitacionales, como LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón, tienen actualmente la misión de observar los primeros pequeños agujeros negros, probablemente PBH. Estas observaciones proporcionarán evidencia crucial para mejorar aún más la teoría de equipos.