El espacio podría estar hecho de estrellas de bosones

¿Seguro que M87* es un agujero negro? Todos recordamos el gran hito astronómico de abril de 2019 en el que la ciencia logró obtener una imagen directa de un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. El fruto de años de trabajo con una enorme colaboración humana e ingenio técnico. Fue la primera vez en la historia de la humanidad que fuimos capaces de ver de primera mano cómo era la apariencia real de un agujero negro. Sin embargo, un equipo de astrofísicos europeos sugiere ahora que el universo podría estar lleno de "estrellas de bosones", que son objetos teóricos y transparentes, invisibles, hechos de partículas de bosones y que, precisamente, M87* podría ser, entonces, una estrella de bosones invisible.

Si fueran reales, las estrellas de bosones compartirían muchas características con los agujeros negros supermasivos, incluido el hecho de que "las estrellas de bosones son predichas por la relatividad general y pueden crecer a millones de masas solares y alcanzar una compactibilidad muy alta", explica Héctor Olivares de la Universidad Radboud en los Países Bajos, la Universidad Goethe en Alemania y líder de la investigación que recoge la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Los científicos se propusieron calcular si las estrellas de bosones terminarían pareciéndose a la sombra de M87 *, el primer agujero negro fotografiado que se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra, con una masa equivalente a la de 7.000 millones de soles.

Las estrellas de bosones se encuentran entre los muchos objetos teóricos extraños de nuestro cosmos. No se parecen a las estrellas estándar, además de que parecen ser una masa de materia. Sin embargo, donde las estrellas están compuestas principalmente de partículas conocidas como fermiones -protones, neutrones, electrones- las estrellas de bosones podrían estar compuestas totalmente de… bosones. Estas partículas, junto con fotones, gluones y el conocido bosón de Higgs, no siguen las mismas pautas corporales que los fermiones.

Por ejemplo, se pueden superponer, algo que no ocurre con los fermiones. Los fermiones están sujetos al precepto de exclusión de Pauli, lo que sugiere que no podrá tener dos partículas idénticas ocupando el mismo lugar; en cambio, puede haber dos bosones ocupando el mismo espacio, formando una "onda de materia". Estas estructuras pueden terminar formando una estructura aún mayor, como el condensado de Bose-Einstein, logrado en un laboratorio de la Estación Espacial Internacional en junio de 2020: el quinto estado de la materia.

Si bien se han observado ciertos tipos de bosones aquí en la Tierra, aún no se han observado los tipos de bosones de masa extremadamente pequeña necesarios para formar estas estrellas de bosones. Estas partículas teóricas son increíblemente difíciles de detectar pero, según los expertos, observar un objeto que se parece a una estrella de bosones (M87*) podría indicarnos su existencia.

Debido a que estas estrellas de bosones serían en su mayoría transparentes, excepto por un posible anillo de plasma giratorio que rodease algunas de ellas, como el disco de acreción que rodea un espacio negro, creen que probablemente M87* no podría haber sido una estrella bosónica, ya que la sombra teórica sería demasiado pequeña. Las estrellas bosones no fusionan núcleos y es posible que no emitan radiación.

Futuras observaciones del Event Horizon Telescope nos confirmarán si el agujero negro supermasivo en cuestión es o no realmente lo que parece ser.

¿Y si no es así?

Si M87* no fuese un agujero negro no implicaría que los agujeros negros supermasivos no existan; pero determinará que las estrellas de bosones son reales y, a la vez, esto puede tener enormes efectos en la astronomía, desde la inflación del universo primitivo hasta la búsqueda de materia oscura.

Referencia: How to tell an accreting boson star from a black hole. Hector Olivares, Ziri Younsi, Christian M Fromm, Mariafelicia De Laurentis, Oliver Porth, Yosuke Mizuno, Heino Falcke, Michael Kramer, Luciano Rezzolla. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 497, Issue 1, September 2020, Pages 521–535, https://doi.org/10.1093/mnras/staa1878