El Enigma de la Materia Oscura y los Agujeros Negros Supermasivos
Para desentrañar los secretos de la **materia oscura**, los científicos podrían recurrir a los **agujeros negros supermasivos** y su capacidad para actuar como colisionadores de partículas naturales superpotentes. Según una nueva investigación, las condiciones alrededor de estos **agujeros negros** son más violentas de lo que se creía anteriormente. Actualmente, el colisionador de partículas más poderoso en la Tierra es el **Large Hadron Collider (LHC)**, pero desde que se utilizó para descubrir el **Bosón de Higgs** en 2012, no ha logrado proporcionar evidencia de la física más allá del modelo estándar de la física de partículas, incluyendo las partículas que constituyen la materia oscura.
Esto ha llevado a los científicos a proponer y planificar incluso colisionadores de partículas más grandes y poderosos para explorar este territorio aún por descubrir en la física. Sin embargo, estos aceleradores de partículas son prohibitivamente caros y llevan mucho tiempo construirlos. Afortunadamente, el cosmos ofrece colisionadores de partículas naturales en forma de los ambientes extremos alrededor de los **agujeros negros supermasivos**. Solo necesitamos un poco de ingenio para aprovecharlos.
“Una de las grandes esperanzas para los colisionadores de partículas como el LHC es que generen partículas de materia oscura, pero aún no hemos visto evidencia”, dijo Joseph Silk, miembro del equipo de estudio e investigador en la Universidad Johns Hopkins. “Por eso hay discusiones en marcha para construir una versión mucho más poderosa, un supercolisionador de próxima generación. Pero mientras invertimos 30 mil millones de dólares y esperamos 40 años para construir este supercolisionador, la naturaleza puede proporcionar un vistazo del futuro en agujeros negros supermasivos”.
Agujeros Negros Supermasivos como Supercolisionadores
La **materia oscura** es esa cosa misteriosa que parece representar alrededor del 85% de toda la materia en el cosmos. Esto significa que la materia que comprendemos —todo lo que vemos a nuestro alrededor compuesto por átomos de **electrones**, **protones** y **neutrones**— solo representa el 15% de lo que hay en el universo.
La materia oscura sigue siendo frustrantemente elusiva porque no interactúa con la luz, lo que la convierte en esencialmente invisible. Por esta razón, sabemos que no puede estar compuesta de átomos estándar, ya que estas partículas sí interactúan con la luz. Esto ha estimulado la búsqueda de nuevas partículas que podrían constituir la materia oscura, siendo gran parte de este esfuerzo realizado utilizando aceleradores de partículas como el LHC.
Los aceleradores de partículas hechos por el hombre, como el LHC, permiten a los científicos explorar los aspectos fundamentales de la naturaleza al chocar partículas como protones a velocidades cercanas a la luz. Esto crea destellos de energía y lluvias de partículas de corta vida. Dentro de estas lluvias, los científicos buscan partículas hasta ahora no descubiertas.
Las partículas de prueba, como los protones, son aceleradas y guiadas hacia una colisión dentro del LHC y otros “trituradores de átomos” utilizando imanes increíblemente fuertes, pero los **agujeros negros supermasivos** podrían imitar este proceso utilizando la gravedad y sus propias rotaciones. Los agujeros negros supermasivos, cuya masa es millones o miles de millones de veces mayor que la del sol y que se encuentran en el centro de las galaxias, a menudo están rodeados de material en nubes planas llamadas “discos de acreción”. A medida que estos agujeros negros giran a altas velocidades, parte de este material es canalizado hacia sus polos, desde donde es expulsado como **chorros de plasma** a casi la velocidad de la luz.
Este fenómeno podría generar efectos similares a los que se ven en aceleradores de partículas aquí en la Tierra.
“Si los agujeros negros supermasivos pueden generar estas partículas mediante colisiones de protones de alta energía, entonces podríamos recibir una señal en la Tierra, alguna partícula de alta energía pasando rápidamente a través de nuestros detectores”, declaró Silk. “Esa sería la evidencia de un nuevo colisionador de partículas dentro de los objetos más misteriosos del universo, alcanzando energías inalcanzables en cualquier acelerador terrestre”.
Colisiones a Alta Energía y Materia Oscura
Una parte clave de la propuesta de Silk y sus colegas radica en el descubrimiento de que los flujos de gas cerca de agujeros negros pueden agotar la energía de la rotación de ese agujero negro. Esto resulta en condiciones en el gas que se vuelven mucho más violentas de lo esperado. Por lo tanto, alrededor de los **agujeros negros supermasivos** en rotación, debería haber una riqueza de colisiones de alta velocidad entre partículas similares a las creadas en el LHC aquí en la Tierra.
“Algunas partículas de estas colisiones van hacia el interior del agujero negro y desaparecen para siempre”, dijo Silk. “Pero debido a su energía y momento, algunas también salen, y son esas las que se aceleran a energías sin precedentes. Es muy difícil decir cuál es el límite, pero ciertamente están a la par con la energía del nuevo supercolisionador que planeamos construir, por lo que definitivamente podrían ofrecernos resultados complementarios”.
Por supuesto, capturar estas partículas de alta energía provenientes de supercolisionadores ubicados a muchos añ os luz de distancia será complicado, incluso si la teoría del equipo es correcta. La clave para esta detección podría ser observatorios que ya estén rastreando supernovas, erupciones de agujeros negros y otros eventos cósmicos de alta energía. “La diferencia entre un colisionador y un agujero negro es que los agujeros negros están muy lejos”, concluyó Silk. “Pero no obstante, estas partículas llegarán a nosotros”.
La investigación del equipo fue publicada el 3 de junio en la revista **Physical Review Letters**.
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