Ante los exorbitantes costos, los largos tiempos de construcción y el recorte de la financiación federal a la ciencia por parte de la administración Trump, los físicos han propuesto una alternativa más barata a la próxima generación de supercolisionadores de partículas: observar los agujeros negros. Los científicos inicialmente esperaban que las esquivas partículas que componen la materia oscura fueran expulsadas por colisiones de protones de alta energía dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, pero hasta ahora no se ha logrado tal detección.
Por lo tanto, encontrar materia oscura podría significar esperar décadas hasta que se construyan nuevos supercolisionadores de mayor energía. O quizás no, según un grupo de investigadores. Al publicar sus hallazgos el 3 de junio en la revista Physical Review Letters, sugieren que las respuestas que buscamos podrían estar en las violentas colisiones dentro de los rápidos discos de acreción que rodean enormes agujeros negros.
“Una de las grandes esperanzas de los colisionadores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones es que genere partículas de materia oscura, pero aún no hemos visto ninguna evidencia”, declaró Joseph Silk, coautor del estudio y profesor de astrofísica en la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Oxford, Reino Unido. “Por eso se está debatiendo la construcción de una versión mucho más potente, un supercolisionador de nueva generación. Pero mientras invertimos 30.000 millones de dólares y esperamos 40 años para construir este supercolisionador, la naturaleza podría ofrecernos un atisbo del futuro en los agujeros negros supermasivos”.
Los colisionadores de partículas funcionan colisionando partículas entre sí a velocidades cercanas a la de la luz, creando interacciones de las cuales los elementos más fundamentales del universo emergen brevemente como escombros de alta energía. Fue a partir de estas colisiones que el LHC descubrió el bosón de Higgs en 2012, la esquiva partícula que da masa a todas las demás. Pero a pesar de este descubrimiento y muchos otros (junto con contribuciones clave al desarrollo de Internet, la informática y algunas terapias contra el cáncer), el LHC aún no ha producido materia oscura, posiblemente porque es incapaz de alcanzar las energías necesarias para producir sus partículas.
La materia oscura, uno de los componentes más misteriosos del universo, constituye aproximadamente el 27% del contenido faltante de nuestro cosmos. Sin embargo, no interactúa con la luz, por lo que aún no se ha detectado directamente. Esto significa que, a pesar de innumerables observaciones sobre cómo configura nuestro universo, los científicos aún desconocen su origen, o incluso qué es.
En busca de una nueva fuente de partículas de materia oscura, los investigadores responsables del nuevo estudio se centraron en los agujeros negros. Observaciones realizadas con telescopios espaciales han revelado que los agujeros negros que giran rápidamente pueden lanzar chorros masivos de plasma desde los discos de acreción de materia caliente que los rodean. Y según los cálculos de los investigadores, estos chorros podrían ser mucho más potentes de lo que se pensaba en un principio, lo que permitiría que las partículas colisionen a niveles de energía similares a los proyectados para los futuros supercolisionadores.
“Algunas partículas de estas colisiones se hunden en el agujero negro y desaparecen para siempre”, dijo Silk. “Pero debido a su energía y momento, algunas también salen, y son estas últimas las que se aceleran a energías sin precedentes”.
El equipo de Silk calculó que la energía producida por los chorros de un agujero negro podría ser “tan poderosa como la de un supercolisionador, o más”, y agregó que “es muy difícil decir cuál es el límite”.
Para detectar las partículas que salen disparadas de las colisiones de agujeros negros, los investigadores proponen rastrearlas con observatorios diseñados para estudiar supernovas, como el Observatorio de neutrinos IceCube del Polo Sur o el Telescopio de neutrinos Kilómetro Cube.
“Si los agujeros negros supermasivos pueden generar estas partículas mediante colisiones de protones de alta energía, podríamos obtener una señal en la Tierra: alguna partícula de muy alta energía pasando rápidamente por nuestros detectores”, dijo Silk. “Eso sería la evidencia de un nuevo colisionador de partículas dentro de los objetos más misteriosos del universo, que alcanza energías inalcanzables en cualquier acelerador terrestre. Veríamos algo con una firma extraña que posiblemente proporcione evidencia de materia oscura, lo cual es un poco más complejo, pero es posible”.
Fuente: Live Science.
