En el centro de la Vía Láctea, como una muñeca rusa dentro de otra, se esconde un agujero negro supermasivo, y a su alrededor hay un enjambre de estrellas y una capa invisible de materia oscura. Esta capa, o "pico", en teoría debería ser muy densa justo en el horizonte. Pero las estrellas y los pequeños agujeros negros que orbitan cerca pueden actuar como una cuchara en una taza de café: remover y dispersar las partículas. Los autores del nuevo trabajo decidieron comprobar cuánto estropea esta "cuchara" el pico.
Tomaron datos de estrellas reales en el centro de la Galaxia — S2 y S38, que se acercan al agujero negro a una distancia unas 300 veces mayor que el radio de su horizonte. Resultó que a esas distancias las estrellas apenas perturban la materia oscura. Pero más lejos, a una distancia de 30 000 horizontes, el cúmulo estelar sí barre las partículas, pero eso está demasiado lejos del lugar donde se generan las ondas gravitacionales que captan los detectores.
Luego los científicos simularon la historia de caídas de pequeños agujeros negros de 10 masas solares hacia el agujero central supermasivo. Estos eventos se denominan relaciones extremas de masa (EMRI). En 10 mil millones de años se acumularían unas 60 caídas de este tipo. Y ni siquiera esto borra el pico: en el núcleo mismo, a una distancia menor de una diezmilésima del horizonte, la densidad de la materia oscura cae solo al 82% de la original. Es como si pasaras la aspiradora diez veces por la alfombra y el patrón quedara casi intacto.
El resultado es importante para futuras observaciones: si el pico se conserva, debería alterar ligeramente la forma de las ondas gravitacionales que emite un pequeño agujero negro al acercarse al gigante. El detector espacial LISA, que comenzará a funcionar en la década de 2030, podría captar estos cambios y así "pesar" la capa invisible alrededor del agujero negro. Así que la materia oscura quizás no sea tan oscura — solo hay que escucharla, no mirarla.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2606.13761
Establishing realistic expectations for the dark matter (DM) distribution near a supermassive black hole (BH) is essential for assessing environmental imprints on gravitational wave (GW) signals. Using the Galactic Center as an observationally constrained case study, we investigate the evolution of DM density spikes under gravitational perturbations from the nuclear stellar and black hole populations surrounding the central BH. We find that scattering of DM particles by the nuclear star cluster depletes the DM distribution at radii $$r \sim 10^{-1}~\mathrm{pc}$$, far outside the region where the relevant GW signals are produced. At smaller radii, at $$r \sim 10^{-3}~\mathrm{pc}$$, the closest known stellar perturbers, S2 and S38, induce only negligible changes to the density profile. At still smaller radii, where no stellar perturbers are currently known, we assess the cumulative impact of past EMRIs by modelling successive mergers with stellar-mass BHs of mass $$\sim10~\mathrm{M}_\odot$$, in numbers consistent with the expected rate over $$10~\mathrm{Gyr}$$. We find that these events do not erase the central overdensity, reducing the density only to approximately $$82 \%$$ of its initial value at $$r \lesssim 10^{-5}~\mathrm{pc}$$. Our results indicate that, at least at the Galactic Center, DM overdensities around the central BH are expected to remain largely intact under stellar perturbations and plausible stellar-BH merger histories.
La densidad de la materia oscura en el horizonte de un agujero negro supermasivo puede ser un millón de veces mayor que el promedio de la Galaxia — como si todo el aire de una habitación se concentrara en un dedal.
En la novela "Luz de ojos ciegos" de Peter Watts, una nave alienígena se camufla como un cúmulo de materia oscura — quizás esos "picos" sean los mejores escondites del universo.