Los agujeros negros son el resultado del colapso de estrellas masivas al agotar su combustible, dando lugar a regiones del espacio-tiempo donde ni siquiera la luz puede escapar. Sin embargo, una nueva investigación sugiere que el caos del universo temprano podría haber generado agujeros negros de tamaños mucho menores que los conocidos, conocidos como agujeros negros primordiales (PBHs, por sus siglas en inglés). Estos diminutos pero densísimos objetos no solo podrían ayudar a explicar el misterio de la materia oscura, sino que, según los investigadores, podrían haber dejado rastros detectables aquí en la Tierra.

Se calcula que la materia oscura constituye el 85% de la masa del universo, aunque permanece invisible e indetectable directamente por medios convencionales. Una teoría fascinante sugiere que los PBHs, formados en los primeros instantes tras el Big Bang, podrían ser esta elusiva materia oscura. A pesar de décadas de investigaciones, nunca se ha observado uno de estos objetos.

Un estudio liderado por la Universidad de Buffalo y colaboradores propone estrategias innovadoras para detectar estos agujeros negros, desde evidencias en planetoides huecos en el espacio hasta túneles microscópicos en materiales terrestres. La hipótesis plantea que un PBH atrapado dentro de un planeta, luna o asteroide con un núcleo líquido podría consumir dicho núcleo, dejando tras de sí una estructura hueca. Alternativamente, un PBH que atraviese un material sólido podría dejar un túnel observable bajo el microscopio.

Si un PBH queda atrapado en un cuerpo celeste con núcleo líquido, como un planeta, puede absorber este núcleo, cuya densidad es mayor que la capa externa sólida. Esto podría resultar en un planetoide hueco. Sin embargo, según los cálculos de los investigadores, tales estructuras no podrían exceder una décima parte del radio de la Tierra sin colapsar bajo su propio peso. Este límite sugiere que estos objetos serían más comunes en asteroides o lunas pequeñas que en planetas completos.

Agujeros negros primordiales en la Tierra
Dejan Stojkovic afirma que debemos buscar en los materiales sólidos antiguos señales de agujeros negros primordiales. Crédito: Douglas Levere / University at Buffalo

Detectar estos cuerpos huecos podría lograrse analizando su densidad y masa a través de observaciones orbitales. Si la densidad calculada resulta inusualmente baja para el tamaño del objeto, esto podría indicar la existencia de un núcleo vacío.

Los PBHs también podrían haber dejado marcas en materiales terrestres. Por ejemplo, si un PBH atraviesa una roca o un metal, su increíble densidad podría perforar un túnel diminuto pero detectable. Según el estudio, un PBH con una masa de 1022 gramos dejaría un túnel de solo 0.1 micrones de grosor.

Aunque la probabilidad de que un PBH haya pasado por una roca terrestre en mil millones de años es extremadamente baja —del orden de 0,000001—, los científicos consideran que buscar en materiales antiguos, como rocas de miles de millones de años o edificios históricos, es una tarea de bajo costo y con un potencial de descubrimiento inmenso.

A pesar de lo impresionante que suena, un PBH que atraviese tejido humano no causaría daños significativos. La alta velocidad a la que viajan y la baja interacción con la materia convencional hacen que, en lugar de desgarrar el tejido, simplemente pasen a través sin ser percibidos.

El estudio subraya la necesidad de enfoques teóricos novedosos para abordar problemas no resueltos en la física moderna, incluida la materia oscura. Los conceptos actuales, como la relatividad general y la mecánica cuántica, aunque revolucionarios en su época, tienen ya un siglo de antigüedad. Según el coautor Dejan Stojkovic, las personas más inteligentes del planeta llevan 80 años trabajando en estos problemas y aún no los han resuelto. No necesitamos una extensión directa de los modelos existentes. Probablemente necesitamos un marco completamente nuevo.

FUENTES

University at Buffalo

De-Chang Dai, Dejan Stojkovic, Searching for small primordial black holes in planets, asteroids and here on Earth. Physics of the Dark Universe, Volume 46, December 2024, 101662. doi.org/10.1016/j.dark.2024.101662

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