Investigadores han aplicado la teoría cuántica de campos al estudio del Universo primitivo. Esta teoría, habitualmente utilizada para estudiar lo infinitamente pequeño, ofrece una nueva perspectiva sobre los primeros instantes de nuestro cosmos.
Este enfoque ha llevado a la conclusión de que debería haber muchos menos micro agujeros negros de lo que la mayoría de los modelos sugieren. Estos agujeros negros podrían ser una componente de la materia oscura, y las observaciones futuras permitirán confirmar o refutar esta teoría. Los resultados han sido publicados en
Physical Review Letters y
Physical Review D.
Se acepta que el Universo tiene aproximadamente 13,8 mil millones de años. Comenzó con una explosión, el Big Bang, luego se expandió rápidamente durante la inflación, y pasó de un estado homogéneo a una estructura granular. La materia oscura, una sustancia aún misteriosa, podría estar constituida por agujeros negros antiguos.
Jason Kristiano, estudiante de posgrado, explica que los agujeros negros primordiales se consideran un candidato serio para la materia oscura, pero deberían ser numerosos para validar esta teoría. A pesar de las sólidas razones que explican su abundancia esperada, no han sido observados directamente, y un nuevo modelo podría explicar esta ausencia.
Kristiano y su supervisor, el Profesor Jun'ichi Yokoyama, han examinado diversos modelos de formación de agujeros negros primordiales, pero encontraron que no correspondían con las observaciones del fondo cósmico de microondas. Sus trabajos proponen una corrección al modelo de formación de agujeros negros primordiales a partir de la inflación cósmica, en concordancia con las observaciones actuales.
El estudio muestra cómo las fluctuaciones de gran amplitud generadas a pequeña escala pueden amplificar las fluctuaciones a gran escala observadas en el fondo cósmico de microondas.
Crédito: 2024 ESA/Planck Collaboration, modificado por Jason Kristiano CC-BY-ND
Yokoyama precisa que las fluctuaciones a pequeña escala y de gran amplitud en el Universo primitivo pueden amplificar las ondas más largas, observadas en el fondo cósmico de microondas. Este fenómeno, explicado por la teoría cuántica de campos, podría modificar la explicación estándar de las estructuras gruesas del Universo.
Finalmente, esta nueva comprensión de las fluctuaciones primordiales restringe el número de agujeros negros primordiales posibles, sugiriendo que un número menor puede explicar la materia oscura. Las futuras observaciones de los observatorios de ondas gravitacionales, como LIGO, Virgo y KAGRA, aportarán datos adicionales para refinar esta teoría.
Esta investigación ha sido realizada en el Centro de Investigación del Universo Primitivo (RESCEU) y en el Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) de la Universidad de Tokio.
Fuente: Physical Review Letters