LIGO Lo(g)Normal MACHO: Posible hueco en masa para los agujeros negros como materia oscura

Dibujo20171219 constraints PBH-DM for masses near the LIGO band arxiv 1712 06574

“Ligo lo normal macho” en español no significa lo mismo que “LIGO Lo(g)Normal MACHO” en inglés. El famoso físico Juan García-Bellido critica al joven físico Miguel Zumalacárregui y propone otro juego de palabras en su último artículo científico. Los agujeros negros de masa estelar podrían explicar hasta el 100% de la materia oscura, según los nuevos límites de exclusión basados en supernovas Ia. El físico senior critica el análisis del joven, por obviar cierta degeneración en el espacio de parámetros, y concluye justo lo opuesto tras reanalizar los mismos datos observacionales.

En concreto, el análisis previo no tuvo en cuenta la relación entre la fracción α de materia oscura descrita por los agujeros negros primordiales de masa estelar y la densidad cósmica de materia oscura ΩM. Además, el tamaño aparente de las supernovas Ia es mayor que el usado en el estudio previo, con lo que los límites superiores son menos restrictivos. Como resultado, la estimación de la fracción de materia oscura descrita por agujeros negros primordiales de masa estelar es de fPBH < 1,09 (1,38) para los catálogos de JLA (Union 2.1); este valor permite que toda la materia oscura sean agujeros negros.

Por supuesto, este trabajo vuelve a llamar mi atención por su título, aunque también por su contenido. El artículo es Juan Garcia-Bellido, Sebastien Clesse, Pierre Fleury, “LIGO Lo(g)Normal MACHO: Primordial Black Holes survive SN lensing constraints,” arXiv:1712.06574 [astro-ph.CO]. No sabemos si los revisores les harán cambiar el título, o mantendrán el juego de palabras en español. Recomiendo la lectura de “No LIGO MACHO: Se descarta que la materia oscura sean agujeros negros de masa estelar”, LCMF, 07 Dic 2017.

Dibujo20171219 effective PBH fraction vs source redshift arxiv 1712 06574

Para los despistados les recuerdo que García-Bellido está entre los pocos físicos que defienden la idea de que la materia oscura está formada por agujeros negros primordiales de masa estelar; en dicho caso sería materia oscura de tipo MACHO (Massive Compact Halo Object). El germen del interés reciente en esta idea son las observaciones directas de ondas gravitacionales de LIGO-VIRGO emitidas en la fusión de parejas de agujeros negros de masa estelar. Estas observaciones indican que existen agujeros negros de tipo Kerr que rotan con alto espín y con mayor masa que los observados en binarias de rayos X; su origen apunta a una población de agujeros negros primordiales de masa estelar.

La densidad de estos agujeros negros se puede estimar usando el método de las microlentes gravitacionales. El proyecto EROS (Expérience pour la Recherche d’Objets Sombres) descarta como materia oscura a los agujeros negros por debajo de 10 masas solares. Los estudios cosmológicos basados en el fondo cósmico de microondas descartan los agujeros negros con una masa superior a 100 masas solares. Por tanto, queda abierta una ventana entre 10 y 100 masas solares, que corresponde con los agujeros negros observados por LIGO-Virgo. Varios estudios basados en microlentes gravitacionales usando supernovas Ia apuntan a que esta ventana también está descartada. Los autores del nuevo estudio no están de acuerdo.

Dibujo20171219 jla and union sn-ia redshift distributions arxiv 1712 06574

La idea de García-Bellido y sus colegas es asumir que los agujeros negros primordiales tienen una masa que sigue una distribución de tipo lognormal (con media 2,5 masas solares y desviación típica 1,15); recuerda que si X sigue una distribución normal, entonces exp(X) sigue una distribución lognormal. Esta distribución asimétrica es compatible con las observaciones y diferente de la distribución simétrica asumida por otros autores. Como resultado los límites en la variaciones de las curvas de luz de las supernovas Ia podrían tener origen en esta asimetría, en lugar del efecto de microlente gravitacional.

El resultado es que los límites de exclusión para la contribución de los agujeros negros primordiales a la densidad de materia oscura son mucho menos estrictos de lo que indican estudios previos, como el reciente de Zumalacárregui. Tan poco estrictos que permiten que toda la materia oscura sea explicada mediante ellos. Por supuesto, como siempre, la ciencia es resultado del consenso; por tanto, habrá que esperar a que futuros trabajos confirmen (o desmientan) las hipótesis de García-Bellido y sus colegas.

En resumen, por ahora nos quedamos con un título llamativo para un artículo y un análisis que promete cierta polémica entre los expertos. Habrá que estar al tanto sobre la evolución de estas ideas.


3 Comentarios

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PelauPelau

A escala cósmica, vale, puede ser. Pero a escala galáctica… ¿cómo diantres estos MACHOs podrían explicar las curvas de rotación de las galaxias barradas, por ejemplo?

Saludos.

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