Estudio de la naturaleza de la materia oscura mediante el agujero negro central de la galaxia y su población de halo

Abstract

Alternativamente a las simulaciones cosmológicas de N-cuerpos, los halos de materia oscura (MO) pueden estudiarse a partir de un modelo de primeros principios basado en mecánica estadística cuántica y termodinámica, lo que permite obtener información clave sobre la distribución de materia en las regiones internas del halo. En este trabajo utilizamos el modelo extendido de Ruffini--Argüelles--Rueda (RAR), que describe la materia oscura en galaxias como un sistema autogravitante de fermiones neutros en equilibrio termodinámico, con masas de partícula en el rango de los keV. Los perfiles de densidad más generales de MO que surgen en este marco desarrollan un núcleo fermiónico denso y degenerado capaz de imitar el efecto gravitatorio de un agujero negro central. Al mismo tiempo, este núcleo se encuentra rodeado por un halo extendido compuesto por las mismas partículas, capaz de explicar las curvas de rotación galácticas. Dicho núcleo denso puede superar una masa crítica Mcrit, volverse gravitacionalmente inestable y colapsar hacia un agujero negro supermasivo (ANSM), aun inmerso dentro del halo fermiónico. Aquí nos enfocamos en un candidato de partícula de materia oscura con masa de 100 keV/c2, para el cual la masa crítica del núcleo es Mcrit ∼ 107M⊙, un valor relevante para el problema de la formación de semillas de agujeros negros supermasivos en el Universo a alto redshift. Las ecuaciones del modelo RAR extendido se resuelven para un conjunto de galaxias de tipo temprano cuya masa del objeto central supermasivo posee robustas estimaciones observacionales. Adicionalmente, para esta muestra de galaxias utilizamos la correlación inferida observacionalmente entre la masa contenida en los sistemas de cúmulos globulares y la masa total del halo galáctico, relación que se verifica en mas de 6 ordenes de magnitud en masas de halo, desde ∼ 108 M⊙-1014 M⊙. El objetivo de este trabajo es reproducir simultáneamente estas estimaciones observacionales de masa de halo y la masa del objeto central mediante una única distribución fermiónica núcleo--halo de materia oscura y analizar con mayor detalle la posición de estas galaxias en el plano de masa del objeto central contra la masa del halo de MO. Los satisfactorios resultados obtenidos, sugieren que los objetos centrales podrían interpretarse como núcleos densos de materia oscura en lugar de agujeros negros, aportando así información valiosa sobre la naturaleza y la masa de los objetos centrales.