Los agujeros negros primordiales son objetos hipotéticos formados durante los primeros momentos del universo. Según los modelos, se formaron a partir de microfluctuaciones en la densidad de la materia y el espacio-tiempo para convertirse en agujeros negros con masas montañosas del tamaño de un grano de arena.
Aunque nunca hemos detectado agujeros negros primordiales, tienen todas las propiedades necesarias de la materia oscura, como no emitir luz y la capacidad de agruparse alrededor de galaxias. Si existen, podrían explicar la mayor parte de la materia oscura.
La desventaja es que la observación ha descartado la mayoría de los candidatos a agujeros negros primordiales. Por ejemplo, para explicar la materia oscura tendría que haber tantos de estos chirridos gravitacionales que a menudo pasarían por delante de una estrella desde nuestro punto de vista. Esto crearía un destello de microlente que deberíamos observar periódicamente. Varios estudios del cielo han buscado en vano un evento de este tipo, por lo que la materia oscura PBH no es una idea popular en estos días.
Un nuevo trabajo, publicado en arXiv servidor de preimpresión, adopta un enfoque ligeramente diferente. En lugar de observar los típicos agujeros negros primordiales, considera los agujeros negros ultraligeros. Éstas se encuentran en el extremo pequeño de las masas posibles y son tan pequeñas que la radiación de Hawking entraría en juego.
La velocidad de desintegración de Hawking es inversamente proporcional al tamaño de un agujero negro, por lo que estos agujeros negros ultraligeros deberían irradiar hasta el final de su vida en una escala de tiempo cósmica corta. Como no tenemos un modelo completo de gravedad cuántica, no sabemos qué pasaría al final con los agujeros negros ultraligeros, que es donde entra en juego este artículo.
Como señala el autor, básicamente hay tres resultados posibles. La primera es que el agujero negro irradia completamente. El agujero negro terminaría como un breve destello de partículas de alta energía. La segunda es que algún mecanismo impide la evaporación completa y el agujero negro alcanza algún tipo de estado de equilibrio. La tercera opción es similar a la segunda, pero en este caso, el estado de equilibrio hace que el horizonte de sucesos desaparezca, dejando una masa densa expuesta conocida como singularidad desnuda. El autor también señala que para los dos últimos resultados, los objetos podrían tener una carga eléctrica neta.
Para el caso de la evaporación, la mayor incógnita sería la escala de tiempo de la evaporación. Si los PBH son inicialmente pequeños, se evaporarían rápidamente y se sumarían al efecto de recalentamiento del cosmos primitivo. Si se evaporan lentamente, deberíamos poder ver sus muertes como un destello de rayos gamma. Ninguno de estos efectos se ha observado, pero es posible que detectores como el Telescopio de Gran Área de Fermi detecten uno en el acto.
Para las dos últimas opciones, el autor sostiene que el equilibrio se alcanzaría en torno a la escala de Planck. Los restos tendrían el tamaño de un protón pero con masas mucho mayores. Desafortunadamente, si estos restos fueran eléctricamente neutros, serían imposibles de detectar. No se desintegrarían en otras partículas ni serían lo suficientemente grandes como para detectarlos directamente. Esto coincidiría con la observación, pero no es un resultado satisfactorio. El modelo es esencialmente indemostrable. Si las partículas tienen carga, entonces podríamos detectar su presencia en la próxima generación de detectores de neutrinos.
Lo principal de este trabajo es que las observaciones actuales no descartan por completo los agujeros negros primordiales. Hasta que tengamos mejores datos, este modelo se suma al montón teórico de muchas otras posibilidades.
Más información: Stefano Profumo, Agujeros negros primordiales ultraligeros, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2405.00546
Información de la revista: arXiv
Proporcionado por Universe Today
