NeoFronteras

Proponen un mecanismo que permite la existencia de agujeros negros primordiales y un método para detectarlos.

El asunto de los agujeros negros primordiales se remonta a hace mucho tiempo y fueron descartados después. Pero se han puesto de nuevo ahora de moda a raíz de la detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO.

El tema ha dado incluso para títulos graciosos como «No LIGO MACHO» o «LIGO Lo(g)Normal MACHO». En todo caso, la existencia o no de estos objetos es algo que todavía está por aclarar.

Se propuso en el pasado que durante el Big Bang se podrían haber producido agujeros negros primordiales de pequeña masa. En teoría, dadas las densidades de materia durante el Big Bang, cualquier fluctuación de más de un 50% podría haber creado estos agujeros negros. Sin embargo, las perturbaciones cosmológicas que permiten la generación de galaxias se sabe que son menores.

En todo caso se trataría de pequeños agujeros, los cuales se estarían estallando ahora gracias a la evaporación por radiación Hawking. Sin embargo, no parece que tales estallidos se den o se den con la frecuencia necesaria como para que sea un fenómeno que se pueda observar fácilmente.

La utilidad de estos objetos es que podrían explicar toda o parte de la materia oscura. Así que si los hay en gran número el misterio quedaría explicado. Si eso fuera verdad entonces veríamos fenómenos de lente gravitatoria cuando esos agujeros pasaran por delante del fondo de estrellas. Dado su gran número sería algo habitual. Hubo campañas en el pasado para detectar por este fenómeno de MACHOs (Massive astrophysical compact halo object u objeto astrofísico masivo de halo compacto) y se encontraron muy pocos casos. Así que el asunto de los agujeros negros primordiales parecía que estaba acabado. Si había, había tan pocos que no contribuirían a la materia oscura.

Recientemente se ha propuesto que los agujeros negros primordiales no serían tan pequeños como creemos, sino que serían mucho más masivos. Nos les habría dado tiempo evaporarse y, al ser su número menor, no se verían tan fácilmente en las campañas de observación de MACHOs por el fenómeno de microlente gravitatoria.

Quizás merezca a pena seguir explorando esta posibilidad, pues estos agujeros explicarían no solamente la materia oscura, sino que explicarían algunas señales de ondas gravitacionales, harían de semillas de los agujeros negros supermasivos de los centros galácticos y generarían elementos pesados en los choques con estrellas de neutrones

Pero se necesitan explicaciones teóricas para la formación de estos objetos. Algunas de ellas ha sido aportadas por algunos de los autores del estudio que vamos a explicar, muchos de ellos pertenecientes al Instituto Kavli de la Matemática y Física del Universo. Proponen que hay procesos en el universo temprano que habrían producido las condiciones necesarias para la formación de agujeros negros primordiales.

Una de las posibilidades más atrevidas y excitantes es que estos objetos se hubieran formado tras el colapso de universos bebé durante la inflación, un periodo muy corto del Big Bang antes de que se formaran los elementos y durante el cual el Universo creció de tamaño exponencialmente a un ritmo desorbitado.

Al parecer, en ese momento pudo ser posible que parte del espacio-tiempo se desgajara y formase burbujas aparte, universos bebé o hijo. Un universo de este tipo de poca masa finalmente colapsaría sobre sí mismo, pero en todo caso se verá en el universo principal como un agujero negro primordial. Este tipo de proceso podría haber producido muchos universo bebé y, por tanto, muchos agujeros negros primordiales.

Si el universo bebé o hijo es mayor que cierto tamaño crítico la Relatividad permite que ese universo exista en un estado que parece diferente para un observador interior que para uno exterior. El del interior ve un universo en expansión, mientras que el del exterior (como nosotros) ve un agujero negro. En todo caso, los universos bebé, pequeños o grandes, son vistos por nosotros como agujeros negros primordiales con la estructura de universo múltiple oculta tras el horizonte de sucesos. Como sabemos, este horizonte de sucesos o eventos es la frontera por debajo de la cual todo, incluida la luz, se queda atrapado dentro y no puede salir, por lo que es inaccesible a la visión de un observador de fuera.

La propuesta es interesante, pero, como todo en ciencia, si no se propone una método de validación observacional es inútil. En este caso, los autores proponen que los agujeros negros primordiales se podrían detectar gracias a la cámara de gran campo HSC del telescopio Subaru de 8,2m, en el observatorio de Mauna Kea de Hawaii.

La idea es usar esta cámara para observar la galaxia de Andrómeda durante un periodo de tiempo largo. Puede que eso de galaxia de Andromeda nos suene exótico, pero ocupa en el cielo varias veces el diámetro aparente de la Luna. Es decir ocupa u parte no despreciable del cielo. Esta galaxia puede ser una buena referencia para dotar de estrellas de fondo de referencia para el fenómeno de microlente gravitatoria cuando un agujero negro primordial pase por delante de alguna estrella. Al poder vigilar cientos de millones de estrellas es posible que se pueda observar el fenómeno y cuantificarlo.

Las primeras observaciones ya han dado lugar a un candidato a este fenómeno, que correspondería a un agujero negro con la masa de la Luna. Obviamente se necesitará confirmación y más casos para tener una estadística decente.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Preprint en ArXiv.
Esquema: astro.tsinghua.edu.cn