Instituto de Astrofísica de La Plata

Valentina Crespi y Carlos Argüelles (IALP, CONICET–UNLP), junto a Jorge Rueda (ICRANet, UNIFE), estudiaron cómo la materia oscura puede concentrarse en regiones pequeñas cuando está influenciada por un agujero negro supermasivo. En estas zonas, conocidas como “picos” (del ingles spikes), la densidad crece bruscamente y su existencia podría tener un rol clave en la formación de los agujeros negros más masivos del Universo.

Un agujero negro es una región del espacio donde la materia está tan comprimida que ni siquiera la luz puede escapar de su intensa gravedad. Cuando éste se encuentra inmerso en un halo de materia oscura (un tipo de materia hipotética que interactúa con los rayos de luz sólo a través de la gravedad, curvándolos) su intenso campo gravitatorio acumula materia hacia el centro, formando una sobre-densidad. En este trabajo, los autores analizaron cómo se forman y evolucionan los picos según el origen del agujero negro supermasivo: cuando la “semilla” inicial es un agujero negro muy pequeño de origen bariónico (es decir, formado por materia ordinaria, de la que está hecho todo lo que podemos ver y tocar), y otro en el que la semilla es un núcleo denso y muy masivo de materia oscura que colapsa gravitacionalmente para formarlo.

Los resultados muestran que la forma y densidad de los picos dependen fuertemente de la naturaleza de la materia oscura propuesta. Cuando las partículas son fermiones (como los electrones y los quarks), las sobre-densidades pueden desarrollar estructuras complejas, distintas de las predichas por otros modelos tradicionales. En ciertos casos, puede suceder que al evolucionar y “consumir” materia, el agujero negro forme una subdensidad de materia oscura en su entorno inmediato, en lugar de concentrarla.

Este estudio destaca la importancia de considerar propiedades físicas (como la masa y el comportamiento cuántico) de las partículas de materia oscura al modelar su distribución en las galaxias. Los resultantes picos de materia oscura influyen en fenómenos astrofísicos tales como la fusión de agujeros negros y su emisión de ondas gravitacionales, o el movimiento de estrellas cercanas al agujero negro supermasivo central de la galaxia.

+paper: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025PhRvD.112b3041C/abstract