En la infancia del universo, los agujeros negros primordiales podrían haber desempeñado un papel intrigante. Podrían haber sido una fuente de materia y radiación. Es algo que, aunque difícil de demostrar, encaja con el conocimiento que se tiene de las primeras etapas del cosmos…
El papel de los agujeros negros primordiales fue breve
Hace 13 800 millones de años, el universo comenzó a andar con el Big Bang. Ni siquiera había transcurrido un segundo de su existencia cuando, por un brevísimo instante, tuvo lugar la época de la inflación. Tras la inflación, el universo se inundó con partículas y radiación durante el Big Bang. Después, el universo se expandió y se enfrío. Al hacerlo, la densidad de la materia y la radiación disminuyó. Con el paso del tiempo, la materia se agrupó y dio lugar a la formación de estrellas, galaxias y cúmulo (tanto de estrellas como de galaxias).
Ahora, un nuevo trabajo sugiere que esta sencilla historia podría necesitar un ingrediente clave: el de los agujeros negros primordiales. En la actualidad, solo hay una manera de crear agujeros negros. La única forma es por medio del colapso de estrellas masivas. Cuando colapsan bajo sí mismas, al final de sus vidas, alcanzan una densidad tan elevada como para imponerse a cualquier fuerza y desencadenar la formación del agujero negro. Pero las condiciones eran diferentes y tan exóticas como para crear agujeros negros de otra manera.
Al terminar la inflación, el universo comenzó a enfriarse. Ese proceso no fue suave ni agradable. En su lugar, fue tremendamente violento, con cambios gigantescos en energía y masa de un lugar a otro. Es posible, en ese escenario, que hubiese regiones del universo donde, espontáneamente, se hubiesen alcanzado densidades tan elevadas como para formar agujeros negros de manera directa. Es decir, no se pasaba por la formación de estrellas y su posterior muerte. Este es el proceso de formación de esos agujeros negros primordiales.
Algo que está bien limitado
Lo cierto es que las observaciones cosmológicas permiten establecer límites firmes en la cifra de agujeros negros primordiales que hubieran podido existir en la infancia del universo. No es posible, de todos modos, descartar su existencia por completo. Un equipo de investigadores ha publicado el estudio mencionado, en el que exploran una consecuencia inesperada de la formación de los agujeros negros primordiales. Gracias al trabajo de Stephen Hawking, se sabe que los agujeros negros no son completamente negros, por raro que suene.
En realidad, brillan muy levemente a través de un proceso cuántico exótico conocido como radiación de Hawking. En el caso de agujeros negros de tamaño normal, es un proceso muy poco eficiente. Para ponerlo en perspectiva, un agujero negro típico solo emitirá una partícula de radiación cada año, aproximadamente. Los agujeros negros más pequeños, sin embargo, emiten mucha más radiación. Además, si los agujeros negros eran suficientemente pequeños, se evaporarían por completo cuando el universo todavía estaba en su infancia.
Eso provocaría que no quedase rastro alguno de su existencia. Pero los investigadores han descubierto que esto lleva a una situación que resulta curiosa. A medida que esos objetos se evaporaban, liberaron sus propias cascadas de radiación y materia. Pese a la expansión del universo, si se evaporaron los suficientes agujeros negros primordiales, entonces la densidad de la materia y la radiación podría permanecer constante. Esto nos llevaría a un escenario de un Big Bang más largo, basado en el papel de los agujeros negros primordiales.
Los agujeros negros primordiales, sobre el papel, siguen siendo detectables (con dificultad)
Con el paso del tiempo, todos los agujeros negros primordiales desaparecieron y el resto de la historia del universo siguió su curso tal y como lo conocemos. Sin embargo, habrían dejado su huella en el cosmos. Los cambios en la densidad de materia y radiación pueden, probablemente, tener impactos muy duraderos. Algo que se podría detectar incluso en el presente. La evaporación de los agujeros negros primordiales, por sí mismos, podrían desencadenar la formación de ondas gravitacionales, que serían detectables incluso en el presente.
Así que quizá nunca se lleguen a observar evidencias directas de agujeros negros primordiales, pero los investigadores han determinado que podríamos encontrar esas ondas gravitacionales por el universo. En ese campo, en los próximos años, se esperan muchos avances. Así que, con suficiente paciencia, puede que tengamos un detector lo suficientemente potente como para que se pueda pensar en realizar esa detección. Como mínimo, es interesante ver que la idea de los agujeros negros primordiales no está descartada.
Como muchos otros aspectos del universo, no deja de ser algo completamente teórico que, quizá, nunca se pueda llegar a comprobar. La idea de que existan agujeros negros primordiales, sin embargo, resulta tremendamente tentadora porque abre la posibilidad a que existan agujeros negros muy diferentes a los que conocemos. Las malas noticias son que, en cualquier caso, todavía habrá que esperar muchos años hasta que haya detectores de ondas gravitacionales que tengan la sensibilidad necesaria para una detección así.
Estudio
El estudio es K. Dienes, L. Heurtier, F. Huang et al.; «Primordial Black Holes Place the Universe in Stasis». Puede consultarse en la plataforma arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
