Ahora sabemos cómo se enfriaban las regiones cálidas del Universo temprano

Un grupo de físicos teóricos de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI (Moscú, Rusia) planteó la hipótesis de que el enfriamiento de las regiones cálidas del Universo temprano pudo ocurrir debido a la emisión de neutrinos.

Según los autores de esta propuesta, el efecto del enfriamiento de los neutrinos podría tener un gran impacto en la evolución de nuestro mundo, incluidos procesos tan importantes como la reionización y la formación de estrellas.

Serguéi Rubin, coautor de la publicación e investigador jefe de MEPhI, dijo: "Es sorprendente, pero todavía no entendemos muy bien cómo se formó la estructura de nuestro Universo: enormes agujeros negros primarios, galaxias, cuásares y otros objetos. No podemos decir con certeza por qué el Universo tiene precisamente tal composición química. Al mismo tiempo, la física del Universo temprano es una de las principales herramientas para estudiar tanto la física de las partículas elementales como la cosmología. Cualquier rastro de la física en una etapa del desarrollo del Universo temprano y los fenómenos que son responsables de ellos merecen un análisis cuidadoso".

Según Rubin, ahora aparecen cada vez más indicios de que los agujeros negros supermasivos en nuestro Universo surgieron incluso antes del comienzo del proceso de formación estelar, es decir, hace unos 13.500 millones de años.

Existen varias teorías en competencia para explicar el origen de los agujeros negros primarios. Una de ellas fue propuesta por un grupo de físicos teóricos rusos de MEPhI (Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI), y desarrollada en colaboración con científicos del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Rusia y la Universidad Federal del Sur.

Según este modelo, los agujeros negros no aparecen de uno en uno, sino en un "clúster", formando cúmulos. Al mismo tiempo la región, en la que se formó el grupo de agujeros negros primarios, se separa del espacio del Universo en expansión.  Los agujeros negros se amontonan, formando regiones gravitacionalmente aisladas en el Universo, que dentienen el plasma caliente primario en su interior.

Estas áreas pueden calentarse mediante procesos bien conocidos por los físicos de partículas. Precisamente la suposición de la existencia de regiones calientes separadas distingue este modelo de otras teorías. Los autores creen que sería extremadamente interesante estudiar estas áreas para comprender si pueden ser detectadas por los métodos de la astronomía moderna.

"Hemos descubierto muchos procesos de calentamiento de regiones cálidas aisladas del Universo, pero surgieron problemas con el enfriamiento", dijo el coautor de la idea, el investigador de MEPhI Konstantín Belotsky. "La radiación electromagnética ordinaria, aparentemente, no conduce a su enfriamiento notable. Sin embargo, quedó claro que a altas temperaturas entre tales procesos deberían ser notables las fases con producción de neutrinos. El neutrino, a diferencia de otras partículas, puede salir libremente de la zona, llevándose energía y, a consecuencia, enfriando la región. Es decir, el neutrino puede llegar a ser uno de los principales "reguladores" de la temperatura de estas regiones hipotéticas".

Físicos proponen buscar la materia oscura en la Tierra
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— Sputnik Mundo (@SputnikMundo) April 12, 2020

​Una diferencia importante de esta teoría con respecto a otras es la suposición de que los agujeros negros primarios no estaban distribuidos uniformemente en el Universo, sino que formaban agrupaciones (clústers). Las fuerzas gravitacionales de dichos cúmulos capturaban diferentes sustancias, incluida la materia oscura, todavía antes de la formación de estrellas, cuando la temperatura del entorno del Universo era lo suficientemente alta.

En cuanto a la posibilidad de la existencia de regiones iniciales formadas por la acumulación de agujeros negros primarios, los físicos informaron un poco antes en el trabajo Electromagnetic probes of primordial black holes as dark matter.

Así pues, según los autores del trabajo, ellos teóricamente predijeron el efecto del enfriamiento de las hipotéticas regiones del plasma primario debido a la radiación de neutrinos. Este efecto podría jugar un papel importante en la evolución de dichas regiones y, por tanto, influir en todos los procesos posteriores en ellas, incluida la reionización del Universo y la formación de estrellas.

En la siguiente etapa de la investigación los científicos planean estudiar la evolución posterior de las regiones calientes aisladas gravitacionalmente del Universo temprano. En particular, está previsto considerar la formación de estrellas dentro de tales regiones y los efectos dinámicos creados por los agujeros negros.