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Los agujeros negros que giran rápidamente pueden reducir la búsqueda de materia oscura

(Crédito: Robin Dienel / Carnegie Institution for Science)
Constantemente estamos aprendiendo cosas nuevas sobre el universo, pero cuanto más sabemos, más claro se vuelve que nos faltan piezas del rompecabezas. La posible existencia de materia oscura es una de las piezas faltantes más desconcertantes, pero un equipo del MIT cree que los agujeros negros que giran rápidamente podrían ayudar a reducir la búsqueda de estas misteriosas partículas.

La materia que podemos ver en el universo solo representa el 15 por ciento de lo que pensar está ahí basado en la tasa de expansión. Esta masa faltante se conoce como materia oscura, y existen numerosas ideas sobre qué es y cómo podríamos encontrarla. Uno de los sospechosos más populares es una partícula teórica llamada bosón ultraligero. Si existen, los bosones ultraligeros serían tan minúsculos que no interactuarían con casi nada más en el universo, excepto, tal vez, con ciertos agujeros negros.

Crédito: Jose-Luis Olivares, MIT

La teoría cuántica predice que los objetos a escalas muy pequeñas como el bosón ultraligero no operan de la misma manera que los más grandes, que obedecen a la física clásica. No sabemos qué tan pequeño es el bosón ultraligero, pero como su nombre lo indica, es diminuto. Esto significa que debería tener lo que se conoce como longitud de onda de Compton, que es inversamente proporcional a su masa. Por lo tanto, un bosón ultraligero tiene una longitud de onda extremadamente larga que podría superponerse con ciertos agujeros negros. Eso haría que las partículas se acumularan alrededor del agujero negro y ralentizarían su velocidad de rotación. Si no hay desaceleración, eso reduce el rango de masas donde podría existir el bosón ultraligero.

El equipo del Laboratorio LIGO del MIT salió a la caza de agujeros negros que se ajustaran a los requisitos para probar esta hipótesis. LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, es capaz de escuchar las ondas gravitacionales que se propagan desde fuentes distantes como los binarios de los agujeros negros. El equipo examinó los 45 binarios de agujeros negros identificados por LIGO y su proyecto complementario, Virgo. Se concentraron en dos, conocidos como GW190412 y GW190517.

LIGO2

Un brazo enorme de la mitad del experimento LIGO en Hanford, Washington.

Se descubrió que ambos objetos giraban cerca de su velocidad máxima, que es lo que predeciría la física establecida. Eso significa que el bosón ultraligero no puede existir entre 1 × 10 ^ -13 y 2 × 10 ^ -11 electronvoltios. De lo contrario, los bosones ultraligeros comenzarían a acumularse alrededor de los agujeros negros y extraerían aproximadamente la mitad de su energía de rotación. Sin agujeros negros lentos, sin bosones ultraligeros.

Esto no significa que el bosón ultraligero sea una fantasía. Simplemente significa que no existe en este rango de masas. Experimentos anteriores han podido descartar la partícula en pequeñas franjas de espacio, pero esta es una gran parte que los investigadores podrían descartar en su búsqueda de materia oscura. Por supuesto, otros equipos tendrán que confirmar el hallazgo. Este trabajo también muestra que instrumentos como LIGO pueden ser útiles en la búsqueda de partículas exóticas.