Los agujeros negros primordiales (PBH) han recibido recientemente mucha atención en la comunidad física. Una de las razones principales es el posible vínculo con la materia oscura. En efecto, si se puede demostrar la existencia de los PBH, hay muchas posibilidades de que sean de ellos la materia oscura, la cosa invisible que constituye el 85% de la masa del universo. Si se demuestra, seguramente sería un descubrimiento de nivel Nobel en astrofísica.
Pero para demostrarlo, alguien tiene que encontrarlos primero. Hasta ahora, los PBH existen sólo en teoría. Pero cada vez estamos más cerca de demostrar que existen, y un nuevo artículo publicado en arXiv El servidor de preimpresión de Marcos Flores de la Sorbona y Alexander Kusenko de UCLA rastrea algunas ideas sobre cómo podríamos finalmente encontrar PBH y así probar o refutar su conexión con la materia oscura.
Dres. Flores y Kusenko se centran en comprender las teorías de formación de PBH y luego extrapolan cómo esas formaciones podrían ser detectables, incluso con equipos modernos. Un agujero negro típico, que sabemos que existe, se forma cuando estrellas supermasivas colapsan por su propio peso.
Las PBH se formaron antes de que estrellas de ese tamaño estuvieran disponibles para colapsar, por lo que deben formarse utilizando un mecanismo diferente. El artículo detalla un proceso teorizado de formación de PBH que implica una mirada matemática detallada a la asimetría de las partículas y cómo encaja con otros modelos de física de partículas. Pero ¿cómo pueden los astrónomos ver esas formaciones?
Una forma es observando una pérdida de momento angular. Los astrónomos pueden observar "halos" de partículas en las primeras etapas del universo. En muchos casos, giran rápidamente. Sin embargo, si su giro se desacelera dramáticamente, puede indicar que se estaba formando un PBH en las cercanías, absorbiendo parte de la energía de ese momento angular al atraer las partículas hacia sí mismas.
Otra forma es observar un nuevo mecanismo favorito de los astrónomos de todo el mundo:las ondas gravitacionales. No está del todo claro si la formación de PBH puede provocar ondas gravitacionales. Aún así, el artículo analiza algunos marcos que potencialmente pueden conducir a una teoría sobre si es así.
La supersimetría proporciona uno de esos marcos. En algunos casos, el universo primitivo que opera bajo los principios de la supersimetría podría formar un PBH que formaría una onda gravitacional que la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales podría potencialmente detectar. En particular, implicaría lo que el artículo llama un "mecanismo poltergeist" resultante de perturbaciones espacio-temporales en ciertas teorías.
Una última forma de detectar estos PBH es observar las lentes gravitacionales. Algunos experimentos como el Experimento de lentes gravitacionales ópticas (OGLE) y la Hyper Suprime-Cam (HSC) del telescopio Subaru han notado microlentes gravitacionales donde no se conoce ningún objeto masivo que cause tales lentes. Los PBH, que serían efectivamente invisibles para esos telescopios, podrían ofrecer una explicación, aunque primero se deben descartar otras explicaciones.
Otras teorías ofrecen otras oportunidades para la detección de PBH, incluida la observación de la interacción de "Q-balls" o teóricamente grandes "gotas" de materia. Si se reúnen suficientes de estos, podrían potencialmente formar un PBH.
En última instancia, hay más preguntas que respuestas en torno a estos misteriosos objetos. Si existen, podrían responder a muchas de ellas. Sin embargo, se necesitan más datos para demostrarlo más allá de cualquier duda razonable. Los experimentadores ya están avanzando lo más rápido posible para desarrollar nuevos y mejores detectores que puedan ayudar en la búsqueda de PBH. Si existen, es sólo cuestión de tiempo antes de que los encontremos.
Más información: Marcos M. Flores et al, Nuevas ideas sobre la formación y detección astrofísica de agujeros negros primordiales, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.05430
Información de la revista: arXiv
Proporcionado por Universe Today
