¿Cómo surgieron los agujeros negros supermasivos, que hoy se sientan entronizados como gigantescos centinelas en el centro de muchas galaxias? Al principio, la gente partía de lo obvio: Los gigantes crecieron acrecentando otra materia o consumiendo agujeros negros, es decir, fusionándose con ellos. Paso a paso, de lo pequeño a lo mediano y a lo grande. Pero este concepto tiene algunos problemas. En primer lugar, aún no hemos conseguido detectar las etapas intermedias necesarias. Deberían seguir existiendo, pero hasta ahora sólo hemos encontrado agujeros negros pequeños, o los realmente grandes. El segundo problema es que parece que ha habido muy poco tiempo para este proceso de crecimiento. Observaciones recientes sugieren que los agujeros negros supermasivos se formaron en el universo primitivo, mucho antes de lo que los físicos habían supuesto. Este hallazgo deja poco tiempo para explicar el crecimiento de los agujeros negros supermasivos.

La velocidad a la que la materia puede acumularse en los agujeros negros mediante la acreción es limitada. ¿Y cómo iban a poder fusionarse los agujeros negros entre sí cuando las galaxias apenas empezaban a formarse en el universo primitivo? Las partículas ultraligeras de materia oscura podrían ser la pieza que falta en el rompecabezas, si los físicos teóricos Hooman Davoudiasl, Peter Denton y Julia Gehrlein, del Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), están en lo cierto. Los investigadores prevén una transición de fase cosmológica que permitió la formación de agujeros negros supermasivos en un sector oscuro del universo. También se produce una transición de fase cuando se lleva el agua a ebullición. Cuando el agua alcanza la temperatura adecuada, se descompone en burbujas y vapor. Ahora, los físicos trasladan este proceso a un estado primordial de la materia, pero invirtiéndolo para que tenga un efecto de enfriamiento, y lo escalan a las dimensiones del universo.

«Antes de que hubiera galaxias, el universo era caliente y denso, eso es bien sabido. Cómo se enfrió el universo hasta llegar a lo que observamos hoy es una cuestión interesante, porque no tenemos datos experimentales que describan cómo ocurrió», dice Peter Denton. «Podemos predecir lo que ocurre con las partículas conocidas porque interactúan entre sí con frecuencia. Pero, ¿y si hay partículas por ahí que aún no se conocen y que se comportan de forma diferente?» Para abordar esta cuestión, el equipo de Brookhaven desarrolló un modelo para un sector oscuro del universo en el que abundan partículas que aún no se han descubierto y que rara vez interactúan entre sí. Estas partículas podrían incluir la materia oscura ultraligera, que se predice que es 28 órdenes de magnitud más ligera que un protón. «La frecuencia de las interacciones entre las partículas conocidas sugiere que la materia, tal como la conocemos, no habría colapsado de forma muy eficiente en los agujeros negros», dijo Denton. «Pero si había un sector oscuro con materia oscura ultraligera, el universo primitivo podría haber tenido las condiciones justas para una forma de colapso muy eficiente. Hemos teorizado que las partículas del sector oscuro podrían sufrir una transición de fase que permite a la materia colapsar en agujeros negros de forma muy eficiente. Cuando la temperatura del universo es la adecuada, la presión puede caer repentinamente a un nivel muy bajo, permitiendo que la gravedad tome el control y la materia se colapse».

Para los espectadores, esa transición de fase sería un acontecimiento muy dramático, y eso es algo que los investigadores pueden utilizar para probar su idea. «Estos colapsos son un gran problema. Emiten ondas gravitacionales», dice Denton. «Estas ondas tienen una forma característica, por lo que hacemos una predicción para esa señal y su rango de frecuencias esperado». Sin embargo, los experimentos actuales sobre ondas gravitacionales no son, por desgracia, lo suficientemente sensibles como para confirmar la teoría. Pero es posible que los experimentos de próxima generación ya puedan detectar las señales de estas ondas. Esto no sólo nos diría algo sobre la evolución del universo, sino también sobre la todavía ominosa materia oscura que debió participar en la transición de fase.