Agujeros negros ultraligeros como posible materia oscura

Si caes en un agujero negro, no hay marcha atrás. Crédito: Science Photo Library

Un estudio plantea la existencia de agujeros negros ultraligeros. En realidad, se trataría de un conjunto de agujeros negros primordiales, formados tras el Big Bang. Su existencia es completamente hipotética, pero este tipo de trabajos son una buena oportunidad para entender lo que se hace en el campo más teórico…

Los agujeros negros ultraligeros podrían no existir

Para hablar de este estudio, en primer lugar, tenemos que introducir el concepto de agujeros negros primordiales. A diferencia de los agujeros negros estelares (producto de la muerte de estrellas masivas) y supermasivos. Son los gigantescos agujeros negros que se encuentran en el centro de galaxias grandes como la Vía Láctea. Los agujeros negros primordiales podrían tener una masa muy inferior a la de los agujeros negros estelares. Algunos, por ejemplo, podrían tener apenas la masa de la Luna y podrían ser muy abundantes. De ahí que resulten tan interesantes.

Ilustración artística de un agujero negro con una corona de materia, observado en rayos X. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Se ha planteado que la materia oscura, en realidad, podría estar compuesta por agujeros negros primordiales. Según los modelos, se formaron a partir de las microfluctuaciones en la densidad de la materia y el espacio-tiempo para convertirse en agujeros negros con el tamaño de un grano de arena pero la masa de una montaña. A pesar de que nunca se ha podido detectar materia oscura, lo cierto es que por sus características cumplen con todas las propiedades de la materia oscura. No emiten luz y se agrupan en torno a las galaxias.

Si existiesen, serían una gran explicación sobre la materia oscura. La parte negativa es que, por medio de la observación, se han descartado muchas de las posibilidades. Por ejemplo, para tener en cuenta la abundancia de materia oscura, debería haber tantos agujeros negros primordiales que, tarde o temprano, pasarían por delante de una estrella desde nuestro punto de vista. Esto crearía una microlente que se podría ver con cierta frecuencia. En diferentes encuestas astronómicas se ha intentado captar este tipo de fenómeno, pero no ha habido suerte.

La idea de los agujeros negros primordiales no tiene mucho apoyo

Por ello, no es ninguna sorpresa descubrir que, hoy en día, no se da demasiado peso a la posibilidad de que los agujeros negros primordiales puedan ser materia oscura. No es la posibilidad más popular. En un nuevo trabajo, publicado en el servidor arXiv, se busca un enfoque ligeramente diferente. En lugar de buscar los agujeros negros primordiales típicos, se plantea la existencia de agujeros negros ultraligeros. Se trataría, en esencia, de los agujeros negros primordiales con la cantidad de masa más baja posible y habría que tener en cuenta el efecto de la radiación de Hawking.

En esencia, la radiación de Hawking provoca que un agujero negro termine evaporándose. Funciona de manera inversamente proporcional al tamaño del agujero negro. Es decir, cuanto más masivos sean, más lentamente se evaporarán. Por lo que estos agujeros negros ultraligeros deberían evaporarse rápidamente en la escala cósmica. Lo cierto es que, al no tener un modelo completo de gravedad cuántica, no se sabe qué sucedería con esos agujeros negros ultraligeros al llegar al final de sus vidas. Ahí entra en escena este nuevo estudio.

El autor explica que hay tres posibles resultados. El primero es que el agujero negro se evapore por completo. En este caso, su vida terminaría como un breve destello de partículas de alta energía. El segundo es que algún mecanismo impide que se evapore por completo y el agujero negro llega a algún tipo de estado de equilibrio. La tercera opción es similar a la segunda pero, en este caso, el estado de equilibrio provoca que el horizonte de sucesos desaparezca. Esto dejaría una masa densa expuesta al espacio, conocida como una singularidad desnuda.

La incertidumbre sobre el destino de los agujeros negros ultraligeros

El autor del estudio, Stefano Profumo, también explica que, para que los dos últimos resultados puedan suceder, los objetos deberían tener una carga eléctrica neta. En el caso de la evaporación, el factor más desconocido sería la escala de tiempo para su evaporación. Si los agujeros negros primordiales son, en un principio, minúsculos, se evaporarían rápidamente y su energía se sumaría al recalentamiento del cosmos en su infancia. Si se evaporan lentamente, su muerte debería ser observable como un destello de rayos gamma.

Ilustración de un joven agujero negro. Crédito: NASA/JPL-Caltech

No se ha observado ninguno de estos efectos, pero es posible que algunos detectores, como el Fermi’s Large Area Telescope podría captar uno de esos destellos. Además, en esos dos resultados, Profumo cree que el estado de equilibrio se alcanzaría en la escala de Planck (o longitud de Planck). Es decir, la longitud más pequeña posible. Los restos serían del tamaño de un protón, pero con una masa mucho más alta. Por desgracia, estos restos serían neutros desde el punto de vista eléctrico y sería imposible poder detectarlos. Además, no se degradarían en otras partículas.

Tampoco serían suficientemente grandes como para poder ser detectados de manera directa. Esto encajaría con las observaciones, pero no es un resultado satisfactorio. Lo que quiere decir, en última instancia, es que estamos ante un modelo que no se puede demostrar. Si las partículas tienen una carga, entonces podría detectarse su presencia con la próxima generación de detectores de neutrinos. Lo más importante es que los agujeros negros primordiales no están completamente descartados y que habrá que esperar a tener mejores datos. Mientras tanto, solo es una posibilidad más.

Estudio

El estudio es S. Profumo, «Ultralight Primordial Black Holes». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.

Referencias: Universe Today

Alex Riveiro: Divulgador científico. Autor de "Hacia las estrellas: una breve guía del universo", "Más allá de las estrellas: ¿estamos solos en el universo?" y la saga de ciencia ficción "Ecos de un futuro distante". Colaborador en eltiempo.es y Otros Mundos. También en Twitter, YouTube, Twitch e iVoox.
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