Agujeros negros con un tamaño inferior al de un protón

En la primera trillonésima de segundo tras el Big Bang, la “explosión” colosal con la que nació el universo, en este quizá se crearon agujeros negros exóticos, con un tamaño inferior al de un protón. Unos físicos han profundizado en esta posibilidad en un nuevo estudio.

Los autores del estudio son Elba Alonso-Monsalve y David I. Kaiser, ambos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

Los agujeros negros son acumulaciones tan densas de materia que su fuerza gravitatoria impide que lo que cae en ellos vuelva a salir. Nada puede salir de un agujero negro, ni siquiera la luz. De ahí el nombre de “agujero negro”. Los agujeros negros de mayor masa residen en los centros de galaxias. Los agujeros negros de menor masa conocidos son los formados a partir de cadáveres de estrellas y que todavía no han tenido oportunidad de tragar mucha materia y aumentar de manera sustancial su masa. Hasta donde se sabe, en el universo actual no hay proceso natural alguno que produzca agujeros negros con una masa inferior a la de una estrella.

Algunas teorías contemplan la posibilidad de que una fracción de segundo después de la creación del universo, y cuando aún faltaba mucho para la formación y posterior muerte de las primeras estrellas, aparecieran agujeros negros con una masa similar a la de un asteroide y un tamaño similar al de un átomo.

Ahora, Alonso-Monsalve y David I. Kaiser han llegado a la conclusión de que ese mismo proceso primigenio que formó a tales agujeros negros también creó a otros todavía más pequeños, con una masa de unas pocas toneladas comprimida en un espacio inferior al de un protón y poseyendo una carga de color (una propiedad descrita por la física nuclear) inusualmente inmensa.

Recreación artística de un agujero negro con un tamaño inferior al de un protón y de existencia efímera. (Ilustración: Amazings / NCYT)

Estos agujeros negros más pequeños que un protón y supercargados debían hallarse en un estado de la materia totalmente distinto al de los agujeros negros convencionales, en parte porque se formaron cuando en el universo solo había quarks y gluones libres, en vez de la materia “normal”, aparecida posteriormente, que es la materia prima para la creación de los agujeros negros convencionales.

En ese estado tan exótico, tales agujeros negros supercargados debieron “evaporarse” un instante después de nacer. Sin embargo, a pesar de su efímera existencia, es posible que influyesen en una transición cosmológica clave: el momento en que se forjaron los primeros núcleos atómicos. Esos agujeros negros pudieron dejar una huella que podría ser detectada por astrónomos en el futuro.

“Aunque estos agujeros negros exóticos y de corta vida no existen hoy en día, tal vez incluyeron en la historia cósmica de formas que podrían manifestarse en señales sutiles en la actualidad”, subraya Kaiser.

Los agujeros negros supercargados se evaporaron muy deprisa, pero posiblemente no antes del momento en que empezaron a formarse los primeros núcleos atómicos. Se calcula que este proceso comenzó alrededor de un segundo después del Big Bang, lo que habría dado a esos agujeros negros con una carga enorme de color el tiempo suficiente para perturbar las condiciones de equilibrio existentes cuando empezaron a formarse los primeros núcleos atómicos. Tales perturbaciones pudieron afectar a la formación de esos primeros núcleos, en maneras que algún día quizá se detecten en huellas cosmológicas sutiles.

El nuevo estudio se titula “Primordial Black Holes with QCD Color Charge”. Y se ha publicado en la revista académica Physical Review Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)