Durante mucho tiempo se ha sugerido que la materia oscura formaría un pico de densidad alrededor de un agujero negro. Sin embargo, hasta ahora no se han observado pruebas prometedoras que verifiquen esta sugerencia teórica. En un nuevo artículo, astrónomos de la Universidad de Educación de Hong Kong informan de la existencia de picos de densidad de materia oscura alrededor de dos agujeros negros cercanos de masa estelar: A0620-00 y XTE J1118+480.
Impresión artística de un agujero negro de masa estelar en un sistema binario. Crédito de la imagen: Education University of Hong Kong.
«Hemos seleccionado dos agujeros negros cercanos (A0620-00 y XTE J1118+480) en sistemas binarios», explican los astrónomos de la Universidad de Educación de Hong Kong Man Ho Chan y Chak Man Lee.
«Basándonos en las órbitas de las estrellas compañeras, las observaciones indican que sus ritmos de decaimiento orbital son de aproximadamente un milisegundo (1 ms) al año, lo que es unas 50 veces superior a la estimación teórica de unos 0,02 ms anuales».
«Para examinar si existe materia oscura alrededor de los agujeros negros, aplicamos el ‘modelo de fricción dinámica de la materia oscura’ a los sistemas A0620-00 y XTE J1118+480 mediante simulaciones por ordenador.»
Los autores descubrieron que el rápido decaimiento orbital de las estrellas compañeras coincidía exactamente con los datos observacionales.
En particular, esto constituye una prueba indirecta de que la materia oscura alrededor de los agujeros negros puede generar una fricción dinámica significativa, ralentizando la velocidad orbital de las estrellas compañeras.
Los hallazgos, que verifican una hipótesis teórica formulada a finales del siglo XX, representan un gran avance en la investigación de la materia oscura.
Según la hipótesis, la materia oscura lo suficientemente cerca de los agujeros negros sería engullida, dejando que los restos se redistribuyeran.
El proceso acaba formando un pico de densidad alrededor de los agujeros negros.
«Una densidad tan alta de materia oscura crearía una fricción dinámica en la estrella compañera, de forma similar a la fuerza de arrastre», explicó el Dr. Chan.
«Este es el primer estudio que aplica el ‘modelo de fricción dinámica’ en un esfuerzo por validar y probar la existencia de materia oscura alrededor de los agujeros negros».
«El estudio proporciona una nueva dirección importante para futuras investigaciones sobre la materia oscura».
«Los estudios anteriores, que se basaban sobre todo en la detección de rayos gamma y ondas gravitacionales para examinar la presencia de materia oscura, dependían de la ocurrencia de sucesos raros, como la fusión de dos agujeros negros.»
«Eso podría requerir un tiempo de espera prolongado para los astrónomos. El novedoso enfoque, sin embargo, ya no estará confinado por estas limitaciones.»
«Sólo en la galaxia de la Vía Láctea hay al menos 18 sistemas binarios afines a nuestros sujetos de investigación, que pueden proporcionar rica información para ayudar a desentrañar el misterio de la materia oscura.»
El artículo del equipo se publicó en la revista Astrophysical Journal Letters.
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Man Ho Chan & Chak Man Lee. 2023. Indirect Evidence for Dark Matter Density Spikes around Stellar-mass Black Holes. ApJL 943, L11; doi: 10.3847/2041-8213/acaafa
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