Ese débil zumbido cósmico que has estado escuchando? Podría no ser el refrigerador del universo. Una nueva investigación sugiere que el fondo de ondas gravitacionales detectado por los arreglos de temporización de púlsares podría ser el eco fantasmal de agujeros negros supermasivos que se formaron hace más de 13 mil millones de años, posiblemente del colapso de hipotéticas 'Estrellas Oscuras' alimentadas por materia oscura.

En un estudio publicado como Carta en Physical Review D, los investigadores de la Universidad de Colgate, Sohan Ghodla y Cosmin Ilie, investigaron si los agujeros negros supermasivos nacidos en el universo temprano podrían dejar una marca duradera en las ondas gravitacionales que detectamos hoy. ¿La conexión? Los agujeros negros sorprendentemente masivos vistos en el universo joven y las ondas gravitacionales generadas miles de millones de años después cuando pares de estos colosos espiralan juntos.

El equipo encontró que una clase posible de semillas de agujeros negros tempranos - restos de Estrellas Oscuras supermasivas - podrían dominar potencialmente la señal del Arreglo de Temporización de Púlsares (PTA). Como dijo Ilie: 'Los arreglos de temporización de púlsares se consideran usualmente como sondas de binarias de agujeros negros supermasivos en el universo relativamente reciente. Lo que muestra nuestro trabajo es que la señal también puede contener información sobre cómo se formaron los ancestros de esos agujeros negros en el amanecer cósmico.'

Para aquellos que no hablan el lenguaje de los púlsares: Los Arreglos de Temporización de Púlsares usan estrellas de neutrones que giran rápidamente como relojes cósmicos. Cuando las ondas gravitacionales pasan, alteran sutilmente el tiempo de los pulsos de radio que llegan a la Tierra. Al rastrear muchos púlsares, los equipos han encontrado evidencia de un fondo estocástico de ondas gravitacionales en frecuencias de nanohercios - probablemente de binarias de agujeros negros supermasivos, especialmente aquellos con masas combinadas de más de mil millones de soles.

Pero, ¿cómo se hicieron esos agujeros negros tan grandes tan rápido? Ahí es donde entran las Estrellas Oscuras. Estas estrellas primordiales hipotéticas serían alimentadas por calentamiento de materia oscura en lugar de fusión nuclear, permitiéndoles crecer a un millón de masas solares o más antes de colapsar en agujeros negros. Ghodla e Ilie modelaron cómo tales semillas evolucionarían, se fusionarían y producirían ondas gravitacionales.

¿Su conclusión? Si los remanentes de Estrellas Oscuras existen a una densidad numérica de aproximadamente 10^-3 Mpc^-3, sus descendientes podrían contribuir con una parte grande, posiblemente dominante, de la señal PTA. En contraste, los agujeros negros de colapso directo, con densidades cercanas a 10^-6 Mpc^-3, contribuirían mucho menos.

El estudio también destaca un giro interesante: Las observaciones PTA pueden limitar cuán comunes eran estas semillas tempranas. 'Produce demasiadas de estas semillas masivas y terminas sobreproduciendo la señal detectada por PTA. Produce muy pocas, y necesitas otras fuentes para ensamblar eficientemente estos agujeros negros supermasivos más tarde', dijo Ghodla. Las densidades de semillas alrededor de 10^-2 a 10^-1 Mpc^-3 excederían los límites observados, dependiendo de las masas de los halos.

Esto da a los PTA una capacidad inesperada para sondear poblaciones en corrimientos al rojo mayores de 10 - objetos antiguos cuyos descendientes crean las ondas que vemos hoy. Los cálculos también confirman que las binarias con masas totales de agujeros negros por encima de aproximadamente 10^9 masas solares dominan la señal.

Así que, la próxima vez que escuches ese zumbido cósmico, recuerda: podría ser la huella de ondas gravitacionales de los primeros agujeros negros supermasivos del universo, nacidos de estrellas alimentadas por materia oscura. ¿Quién sabía que el universo tenía orígenes tan dramáticos?