Desde 1930, las observaciones de los movimientos de objetos en cúmulos de galaxias, específicamente en el cúmulo de Coma, mostraban un comportamiento peculiar. Este movimiento no correspondía a las trayectorias predichas por la teoría, donde, considerando que la distribución de luminosidad corresponde a la distribución de materia, las leyes de la gravitación, tanto al nivel newtoniano como dentro de la teoría de la Relatividad General, permiten predecir la trayectoria de los cuerpos, dada la distribución de materia inferida. Esto es lo que no correspondía._x000D_ _x000D_ A partir de entonces, se han acumulado evidencias astrofísicas y cosmológicas, que venían principalmente de: las inhomogeneidades en la radiación cósmica de fondo y la consecuente formación de estructura; los perfiles de rotación de cuerpos orbitando a las galaxias; la deformación de la imagen de los cuerpos por las lentes gravitatorias; la expansión acelerada del Universo, inferida por las supernovas tipo Ia. En todas estas observaciones, se manifiesta el mismo problema que se veía desde los 30's: las observaciones no corresponden con las predicciones de la teoría._x000D_ _x000D_ _x000D_ Por otro lado, las predicciones teóricas de la Relatividad General, habían mostrado ya su potencia al describir con gran precisión la dinámica de los cuerpos tanto en el Sistema Solar, como a grandes escalas del Universo, describiendo correctamente el comportamiento de cuerpo negro de la radiación cósmica de fondo; el corrimiento al rojo de las galaxias y la abundancia relativa de Hidrógeno a Helio. Esto nos plantea el que la teoría describe adecuadamente ciertas observaciones, pero tiene problemas en otras._x000D_ _x000D_ Frente a este dilema, la explicación que se ha propuesto, y es a la que nos adherimos los participantes en el presente proyecto, es que, la teoría es correcta y las observaciones nos están indicando la presencia de componentes que no son visibles, que prácticamente no interactúan con la materia usual, la materia bariónica, pero que modifican la curvatura del espacio tiempo, por lo que su interacción con la materia visible es puramente gravitatoria. Estas componentes son las llamadas materia y energía obscuras. Considerando esta presencia, la Relatividad General ofrece una descripción consistente con todas las observaciones._x000D_ _x000D_ Bajo estas consideraciones, el determinar la presencia y la naturaleza de dichas componentes obscuras, es uno de los grandes retos, si no el más grande, que enfrenta la cosmología moderna. _x000D_ _x000D_ Otra de las predicciones de la relatividad general, es la existencia de hoyos negros y ondas gravitatorias. Todo esto, nos presenta un modelo cosmológico donde coexisten componentes obscuras, hoyos negros y ondas gravitatorias._x000D_ _x000D_ Las y los participantes en el presente proyecto, nos abocamos dentro de esta empresa: las predicciones teóricas de la materia obscura, de los hoyos negros y de su coexistencia en las estructuras cósmicas así como las señales astrofísicas asociadas._x000D_ _x000D_ _x000D_ Continuaremos con los estudios sobre la determinación de propiedades de la materia obscura, en base a predicciones derivadas teóricamente de señales que puedan ser observables. Consideraremos casos en los que la materia obscura rodea y es acretada por un hoyo negro, provocando una emisión de radiación gravitacional. Determinaremos las características de esta radiación e inferiremos a partir de ellas propiedades intrínsecas de la materia obscura. Lo que permitirá restringir los parámetros asociados al modelo de materia obscura utilizado. Los trabajos que ya hemos realizado en esta dirección, nos muestran que, efectivamente, la onda gravitatoria generada por la acreción de polvo hacia el hoyo negro, difiere sustancialmente, de la debida a la acreción de campo escalar._x000D_ _x000D_ _x000D_ En el entendimiento actual del origen de la estructura a gran escala del Universo, la materia obscura juega un papel fundamental. De acuerdo con este modelo cosmológico, los sistemas autogravitantes de escalas galácticas han sido formados por un proceso jerárquico de agregación de masa y de fusiones. Así, se puede relacionar la historia de ensamblaje de halos de materia oscura con la acreción y las interacciones de galaxias. Considerando que todos los esferoides estelares tienen en su centro un agujero negro, resulta natural preguntarse cuál es el destino de los agujeros negros centrales durante el ensamblaje de las galaxias. Las posibilidades de este destino tienen gran interés debido a la generación de diferentes huellas observables de dichas fusiones; desde ondas gravitatorias, señales eletromagnéticas asociadas, hasta efectos en las relaciones de escala en las galaxias, o en su defecto la existencia de agujeros negros de masa intermedia moviéndose en el interior de las galaxias. Dichas señales permitirán estudiar desde la gravitación a intensidades de campo fuerte, hasta el proceso de ensamblaje de agujeros negros y galaxias. Sin embargo, aún está por alcanzarse una descripción unificada y autoconsistente de los procesos, tanto astrofísicos como relativistas, que rigen el destino de los agujeros negros supermasivos interactuantes. Esto motiva la necesidad de predicciones robustas de las señales, misma que queremos abordar en este proyecto._x000D_ _x000D_ Otra pregunta fundamental de los escenarios de formación de estructura es cuál es el tamaño minimo de los objetos autogravitantes. Esta masa depende del espectro de fluctuaciones originado durante la inflación, la evolución no lineal de las fluctuaciones y las propiedades del candidato a materia obscura, ya que dichas propiedades pueden incluso amortiguar a las fluctuaciones en densidad, cambiando la forma del espectro de potencias. Por lo tanto determinar la amplitud y forma de este espectro de fluctuaciones a escalas subgalácticas restringe las propiedades de los candidatos de materia obscura._x000D_ _x000D_ Se harán predicciones teóricas para las propiedades observables de las estructuras cósmicas de tamaño menor al de las galaxias, empleando diferentes candidatos de materia obscura. Y en particular se pondrán a prueba la existencia y distribución de la subestructura en los halos de materia obscura, utilizando el formalismo de lentes gravitatorios. Así mismo, se determinará la manera en la que se modifica el espectro de fluctuaciones en la emisión en 21 cm (hidrógeno neutro) en alto corrimiento al rojo, previo a la formación de las primeras estrellas (era obscura), por la presencia de esta subestructura._x000D_ _x000D_ Consideraremos principalmente dos candidatos: cuando la materia obscura está descrita por fluidos tipo polvo y cuando es descrita por un campo escalar._x000D_

1) Restricciones al espectro de potencias a escalas galácticas y subgálacticas._x000D_ Pruebas que permiten discriminar entre candidatos a materia obscura._x000D_ _x000D_ Mediante el estudio del efecto de la presencia de sub-estructura de materia oscura, a escalas galacticas y sub-galacticas se pretende contribuir a la identificacion del tipo de materia que conforma la llamada "materia oscura"._x000D_ _x000D_ El contar con predicciones, que dependen de las propiedades de la materia oscura, para los distintos tipos de observaciones es importante ya que nos permitirá participar de forma activa en la tarea de identificar la naturaleza de la materia oscura. Dado que una gran cantidad de proyectos de observación; lentes gravitacionales, 21 cm y ondas gravitacionales, se están planeando y llevando a cabo alrededor del mundo, la realización y los avances en este proyecto nos abrirán la posibilidad de iniciar colaboraciones con grupos que se encuentren directamente relacionados con dichos proyectos de observación._x000D_ _x000D_ Una contribución importante del proyecto es la consolidación de un grupo interdisciplinario de trabajo, siendo la física teórica (Relatividad General), la astrofísica y la física de partículas, disciplinas fundamentales en este proyecto._x000D_ _x000D_ 2) Acreción de materia obscura, como campo escalar, hacia agujeros negros. _x000D_ Respuesta gravitacional_x000D_ _x000D_ El campo gravitacional en la vecindad de un agujero negro es tan intenso que la radiación electromagetica no puede escapar, sin embargo los agujero negros pueden detectarse de manera indirecta debido a su influencia gravitacional. Uno de los mecanismo propuestos para detectar agujeros negros es mediante la detección de ondas gravitacionales. _x000D_ _x000D_ Este subproyecto propone el estudio de la interacción de agujeros negros con materia obscura. Por un lado el agujero negro hace que la materia obscura acrete, por otro la materia al caer produce perturbaciones en el propio agujero provocando un cambio en su dinámica y por lo tanto ocurra generación de ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales producto de la acreción se han dejado en un segundo plano por la comunidad porque la colisión entre dos agujeros negros o estrellas de neutrones producirían un estallido de ondas gravitacionales, en el fenómeo de accreción la amplitud de las ondas es muy pequeña sin embargo se trata de una emisión periódica pues es dependiente de la tasa de acreción._x000D_ Con este proyecto tendremos predicciones teóricas sobre la forma del frente de onda producido por materia obscura al caer hacia el agujero negro. Estas predicciones permitirán acotar parámetros para los modelos de materia obscura que son utilizados actualmente como es el caso del campo escalar._x000D_ _x000D_ 3) Pares de agujeros negros supermasivos en modelos cosmológicos jerárquicos y sus señales observables._x000D_ _x000D_ Se pretende contribuir a dar una representación sólida y autoconsistente de la historia completa de la evolución de sistemas binarios de agujeros negros. Esto puede llevar a un mayor entendimiento sobre cómo los agujeros negros supermasivos se forman y evolucionan en el centro de las galaxias. Conocer y poner a prueba la relación hasta el momento poco explorada entre las masas y evolución de halos oscuros y agujeros negros. En esta área de investigacióon, los problemas van desde los muy teóricos, como pueden ser el acoplamiento del campo gravitacional con el campo electromagnético en el régimen relativista, la autogravedad en la fricción dinámica en la fusión de dos galaxias, la física de la emisión de ondas gravitacionales, máss la difi_x000C_cultad que presenta la detección de las señales de este tipo de eventos._x000D_ _x000D_ 4) Viabilidad del campo escalar.