Hacia la detección de agujeros negros primigenios

Una clase hipotética de agujeros negros minúsculos, no creados a través de procesos normales sino bajo las condiciones exóticas que reinaron en el universo justo después del Big Bang, podría ser detectable por un futuro telescopio espacial.

Todos los agujeros negros conocidos tienen masas que van desde varias veces la del Sol hasta decenas de miles de millones de veces la de nuestra estrella.

Ahora, unos científicos han pronosticado que el telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA podría detectar, si existen, agujeros negros del tipo exótico descrito, algo que nunca antes ha sido posible con el nivel disponible de la tecnología astronómica.

El estudio lo ha realizado un equipo integrado, entre otros, por William DeRocco, de la Universidad de California en Santa Cruz, Estados Unidos.

En la actualidad, los agujeros negros se forman cuando una estrella masiva se derrumba sobre sí misma o cuando se fusionan objetos de gran masa. Sin embargo, algunos científicos sospechan que en los primeros y caóticos instantes de existencia del universo pudieron formarse tales agujeros negros primordiales, que no derivaban de astro alguno, y cuya masa podía ser tan pequeña como la de un asteroide.

Detectar una población de agujeros negros primordiales con masas claramente inferiores a las de una estrella sería un paso formidable tanto para la astronomía como para la física de partículas, porque estos objetos hipotéticos no pueden formarse por ningún proceso físico conocido de nuestro universo actual, tal como argumenta DeRocco.

Los agujeros negros más pequeños que se forman hoy en día nacen cuando una estrella masiva se queda sin combustible nuclear. Su presión hacia el exterior disminuye a medida que la fusión nuclear se extingue, por lo que la atracción gravitatoria hacia el interior gana el tira y afloja. La estrella se contrae y puede llegar a ser tan densa que se convierta en un agujero negro.

Pero se requiere una masa mínima: al menos ocho veces la de nuestro Sol. Las estrellas más ligeras se convierten en estrellas de neutrones o en enanas blancas.

Sin embargo, las condiciones reinantes en el universo primitivo pudieron permitir la formación de agujeros negros mucho más ligeros.

Al parecer, instantes después de nacer el universo, este experimentó una breve pero intensa fase conocida como inflación cósmica, en la que el espacio se expandió a mayor velocidad que la de la luz. En estas condiciones exóticas, zonas más densas que su entorno pudieron sufrir un colapso gravitatorio que dio como resultado la formación de un agujero negro primordial de baja masa para cada uno de esos grumos iniciales.

Según las teorías más aceptadas, los agujeros negros primordiales de menor masa (como la de un asteroide) deben haber desaparecido ya como consecuencia de un complejo proceso de pérdida paulatina de masa comúnmente llamado "evaporación" por analogía con la evaporación de líquidos de la física cotidiana. Sin embargo, los de masa similar a la de la Tierra o mayor todavía no deben haberse evaporado por completo. El proceso tampoco ha podido acabar con los agujeros negros de masa estelar o superior.

Recreación artística de microagujeros negros primordiales. En la ilustración aparecen dotados de sus respectivos discos de acreción, para que podamos verlos claramente. En la vida real, sin embargo, lo más probable es que casi todos carezcan de disco de acreción. (Imagen: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Algunas observaciones han revelado indicios de la existencia de tales microagujeros negros, en nuestra galaxia y previsiblemente en el resto del universo. Esos agujeros negros primordiales serían invisibles a efectos prácticos, pero las "arrugas" en el espacio-tiempo que provocan sí son detectables.

Tales arrugas pueden percibirse claramente bastante claramente gracias al efecto de microlente gravitacional, que se genera con la interacción entre astros. Esta misma clase de interacción, pero entre objetos astronómicos de masa muchísimo mayor, como galaxias, da lugar a una versión de mayor escala del fenómeno, conocida como "lente gravitacional".

Si un agujero negro primordial pasa entre la Tierra y una estrella más distante situada justo detrás de él, el microagujero puede actuar como una microlente de aumento, enfocando y aumentando el brillo de la luz de la estrella lejana. Esto y ciertas distorsiones relacionadas con el fenómeno pueden proporcionar indicios bastante claros de la presencia de un agujero negro de esa clase.

Gracias a este efecto y a la magnífica sensibilidad que tendrá el telescopio espacial Nancy Grace Roman, será posible captar distorsiones de esta clase y determinar si las provoca un objeto extraordinariamente compacto pero con una masa similar a la de la Tierra, o sea un agujero negro primigenio. (Fuente: NCYT de Amazings)