Cada 10 años, un agujero negro nacido en el origen del universo explota cerca de la Tierra, propone estudio

Un equipo de astrónomos de la Universidad de Massachusetts Amherst estima que, en la próxima década, podría haber hasta un 90% de probabilidades de presenciar la explosión de un tipo de agujero negro que, hasta ahora, sigue siendo teórico. Si el evento ocurre como indican sus modelos, los telescopios actuales podrían registrar su final y tal vez revelar nuevas partículas que aporten pistas sobre la estructura fundamental del universo.

El estudio, publicado en Physical Review Letters, explora la posibilidad de observar el fin de un agujero negro primordial: una estructura extremadamente densa que se formó en las condiciones iniciales del universo, mucho antes de que nacieran las primeras estrellas y galaxias. A diferencia de los agujeros negros “actuales”, que surgen tras el colapso de una estrella supermasiva o la fusión de sus restos, los primordiales habrían nacido de fluctuaciones de densidad en la materia apenas instantes después del Big Bang.

El físico Stephen Hawking planteó que los agujeros negros tienen un ciclo de vida: nacen y también llegan a su fin. Mientras existen, estas concentraciones de materia emiten una clase de radiación (hoy llamada radiación de Hawking, en honor al científico) que les hace perder masa. Este proceso de reducción continúa hasta que las estructuras se evaporan. La teoría además estima que la masa de los agujeros repercute en su esperanza de vida: los más pequeños se evaporan casi al instante, mientras que los supermasivos podrían tardar más que la edad actual del universo, estimada en aproximadamente 13,800 millones de años.

Entre los microscópicos y los supermasivos, los investigadores plantean que deberían existir agujeros negros primordiales de tamaño intermedio cuyo final coincida con nuestra era. El reto consiste en calcular la probabilidad de que uno explote en un plazo breve, a una distancia adecuada para los observatorios y con la tecnología lista para estudiarlo. Si aciertan, y en los próximos diez años ocurre una explosión así, la ciencia podría confirmar tres hechos clave: la existencia de los agujeros negros primordiales, la primera evidencia directa de la radiación de Hawking y el posible comportamiento de nuevas partículas fundamentales, incluida la materia oscura.

Cómo calcular las probabilidades de una explosión de agujero negro

Con el modelo estándar de física de partículas, la probabilidad de ver una explosión de este tipo es prácticamente nula. Si solo se evaporan partículas conocidas, un evento así, a una distancia que permita estudiarlo, ocurriría una vez cada 100,000 años.

Sin embargo, los investigadores consideran posible que estos agujeros negros también interactúen con partículas hipotéticas aún no descubiertas. Partiendo de ese supuesto, los científicos usaron un modelo alternativo llamado dark-QED toy model, una copia de la fuerza eléctrica habitual tal como la conocemos, pero que incluye una versión hipotética muy pesada del electrón, llamada “electrón oscuro”. “Partimos de una suposición diferente”, dijo Michael Baker, coautor del artículo y profesor de Física en UMass Amherst. “Demostramos que si un agujero negro primordial se forma con una pequeña carga eléctrica oscura, el modelo de juguete predice que debería estabilizarse temporalmente antes de explotar finalmente”.

Bajo ese modelo, los cálculos indican que la probabilidad de observar la explosión de uno de estos agujeros negros primordiales en los próximos 10 años podría superar el 90%, siempre y cuando ocurra en la vecindad solar, a una distancia del orden de 0.1 parsec (0.326 años luz). «No estamos afirmando que vaya a suceder absolutamente esta década, pero podría haber un 90% de posibilidades de que suceda. Dado que ya tenemos la tecnología para observar estas explosiones, deberíamos estar preparados», añadió el profesor Baker.

En teoría, un evento así no emitiría luz visible. En su lugar, lanzaría ráfagas de rayos gamma de muy alta energía, con una firma particular que solo algunos observatorios especializados podrían analizar. Un pico en esos sensores podría delatar la explosión de un agujero negro primordial. La Tierra no sufriría efectos secundarios graves, pues la atmósfera bloquearía la mayor parte de esa energía.

“Esta sería la primera observación directa de la radiación de Hawking y un agujero negro primordial. Además, obtendríamos un registro definitivo de cada partícula que compone todo el universo. Revolucionaría por completo la física y nos ayudaría a reescribir la historia del universo”, afirma con esperanza Joaquim Iguaz Juan, investigador postdoctoral en física en UMass Amherst.

Cabe destacar que la predicción no aplica con los agujeros negros estelares o supermasivos ya localizados, pues a ellos les quedan todavía varios millones de años de vida.