La materia oscura es “uno de los mayores misterios del universo”, como asegura el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). No emiten, absorben ni reflejan luz, por lo que son indetectables de forma directa con telescopios. Pero sí que se cree que puede llegar a ocupar el 85% de la materia total del universo; por lo que son esenciales para la rotación de las galaxias, desviar la luz de objetos lejanos y definir la estructura a gran escala del cosmos.
Mientras que los agujeros negros, según el CSIC, son “las cicatrices del espacio-tiempo que dejan las colosales explosiones supernova. Algunos son monstruosamente grandes y permanecen ocultos en el centro de las galaxias como testigos de una juventud violenta del universo, pero todos albergan la clave para resolver el rompecabezas maestro de la física fundamental”. Pero ¿qué relación existe entre estos dos fenómenos y cómo nos pueden ayudar a comprender el funcionamiento del universo, así como nuestro origen?
Según una investigación reciente, publicada por Enrique Gaztañaga en Physical Review y explicada en The Conversation, la materia oscura podría estar compuesta de agujeros negros remanentes de antes del Big Bang, posiblemente provenientes de un universo anterior. La investigación del profesor de Astrofísica en el Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth señala que la gran explosión habría sido una transición después de que el universo colapsara antes de expandirse.
La teoría del Big Bang reelaborada
La teoría tradicional del Big Bang describe el origen del universo como una singularidad, es decir, un punto de densidad infinita donde las leyes de la física dejan de aplicarse. Esta visión, inspirada en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, ha sido exitosa para explicar fenómenos como la radiación cósmica de fondo de microondas y la distribución de galaxias. Sin embargo, muchos físicos consideran que falta algo por comprender, pues los modelos actuales no logran describir los primeros instantes del cosmos de manera completa.
La teoría presentada por Gaztañaga apuesta por el llamado rebote cosmológico. En este escenario, el universo experimenta una fase de contracción previa al Big Bang, hasta alcanzar una densidad extremadamente alta pero finita. Luego, en lugar de colapsar en una singularidad, rebota y da paso a una nueva expansión. “Un rebote puede surgir como una solución regular dentro de la física estándar, cuando se tienen en cuenta de forma consistente la gravedad y los efectos de la mecánica cuántica —las leyes que rigen la naturaleza a las escalas más pequeñas—”, expone el experto en The Conversation.
Si seguimos el modelo estándar del Big Bang, tras la explosión se produce una expansión exponencial conocida como inflación que elimina cualquier rastro de anteriores estructuras. En cambio, con su teoría se descubre que “objetos de más de 90 metros podrían haber sobrevivido a la transición del colapso a la expansión. Esto deja tras de sí ‘reliquias’ que contienen información de una época cósmica anterior”, explica. Algo que también sostiene el principio de exclusión de Pauli, fundamental en la teoría cuántica. Con él se impide que la materia se comprima indefinidamente, lo que permite que ciertas estructuras, como los agujeros negros, puedan sobrevivir durante el proceso de contracción y expansión.
Cómo se podrían haber formado esas “reliquias”
Dentro de este marco, el estudio identifica dos vías principales para la formación de agujeros negros reliquia. Por un lado, algunos objetos compactos y perturbaciones generadas en la fase de colapso podrían persistir a través del rebote. Por otro, durante la contracción, la materia se agrupa bajo la acción de la gravedad, creando halos similares a los que hoy rodean a las galaxias, que tras el rebote se comprimen y forman agujeros negros.
Gaztañaga subraya que “las galaxias y las estrellas en fase de contracción colapsan en agujeros negros, borrando la mayor parte de su estructura detallada pero conservando su masa”. Entonces, ¿podría cumplirse la teoría del astrofísico? Su hipótesis sugiere que los agujeros negros reliquia podrían ser una parte importante, e incluso la mayor parte, de la materia oscura, siempre y cuando el rebote haya generado suficientes de estos objetos.
El telescopio espacial James Webb (JWST) ha aportado datos que refuerzan esta idea. Observaciones recientes han detectado una población de objetos compactos en el universo primitivo, apodados “pequeños puntos rojos”. Estos cuerpos astronómicos, creados tan solo unos cientos de millones de años después del Big Bang, desafían las explicaciones tradicionales.
Muchos astrónomos vinculan estos objetos con agujeros negros de rápido crecimiento, posibles semillas de los supermasivos que hoy se hallan en los centros galácticos. Si existían semillas masivas tras el rebote, los agujeros negros supermasivos actuales podrían haber surgido a partir de estos vestigios antiguos y no de procesos formativos recientes. Así, las observaciones del JWST podrían estar captando la huella de reliquias previas al Big Bang, ofreciendo una pista sobre los orígenes de la materia oscura y la evolución cósmica.
La investigación de Gaztañaga deja abierto el interrogante sobre el futuro de estos modelos. El texto señala que “estas ideas deben contrastarse con datos”. Definitivamente, el avance científico dependerá de la capacidad para cotejar teorías con observaciones. Pero el planteamiento introduce la posibilidad de que las estructuras oscuras que moldean el universo actual sean vestigios de una época anterior al Big Bang.